latex
مع تطور الكورونوغرافات ذات حدود التباين الأعمق، إلى جانب الحملات الحالية والمخطط لها للتصوير عالي التباين، ستتمكن هذه المرافق من توسيع قدرات الكشف عن الكواكب الفتية. وتوفر هذه الخطوات فرصة فريدة لتوصيف الكواكب الفتية وبيئتها المحيطة. ومع ذلك، لا تزال هناك شكوك عديدة حول قيم الانقراض في مناطق مختلفة من أقراص ما قبل الكوكبية، مما يعوق قدرتنا على وصف هذه الكواكب. إن الفهم الدقيق للانقراض المقدر، المستند إلى ملاحظات التصوير متعدد الأطوال الموجية، يتيح تقييد مستويات الانقراض ونمو الغبار وتطور القرص ومعدلات التراكم في مرحلة ما قبل الكوكبية. في هذا العمل، استخدمنا محاكاة ديناميكا السوائل الهيدروديناميكية مع قيود ملاحَظية لقرص ما قبل الكوكبية، مستمدة من انبعاثات الغبار والغاز، لاستكشاف خرائط الانقراض المقدر لكلا مرشحي الاستمرارية المرتبطين بخطوط الهيدروجين القوية كدلائل على التراكم والمرشحات الضيقة الرئيسية. نقدم علاقة تحجيم قيمة الانقراض بدلالة الكتلة الكوكبية وكتلة القرص لثلاثة كواكب عملاقة غازية بكتل مختلفة، كما نستعرض قيمًا لمجموعة فرعية من الأقراص المستهدفة في حملات التصوير متعددة الأطوال الموجية. ستساعد هذه القيم في تحسين تصميم المسوحات المستقبلية للبحث عن الكواكب، وتوفر إطارًا لفهم أسباب عدم الكشف في أقراص ما قبل الكوكبية وتدفقات المادة نحو المصادر النقطية، فضلًا عن ظروف نشوء الكواكب الفتية.
مع تطبيق خوارزميات متخصصة للتصوير عالي التباين في حملات البحث عن الكواكب، أصبح الكشف المباشر عن الكواكب الفتية واقعًا (Keppler..2018, Haffert..et..al..2019, Currie..2022, Yifan..2022, Hammond..2023). ومع ذلك، أظهرت العديد من الدراسات أن معدل الكشف عن الأجسام المرافقة في الأقراص المحيطة بالنجوم ما زال منخفضًا جدًا (Cugno2019, Zurlo..2020, Jorquera..21, Asensio-Torres..21, Huelamo..2022, Cugno..2023..NACO, Follette..2023). وقد يعود هذا التراجع إلى الانقراض العالي في الأطوال الموجية البصرية والقريبة من تحت الحمراء الناجم عن طبيعة الأقراص الغنية بالغبار. وفي الوقت نفسه، حددت تلك الدراسات الحدود العليا لانبعاث الكوكب في عدة نطاقات فوتومترية. وبالموازاة، يمكن أن توفر قيود الانقراض الدقيقة في قرص المضيف معلومات أساسية لفهم بيئات تكوين الكواكب الفتية، وهو أمر مفيد بشكل خاص في تصميم الحملات المستقبلية.
تزودت المنشآت الحالية والمستقبلية بأدوات للتصوير عالي التباين مثل MagAO-X وELT-METIS وتلسكوب الفضاء نانسي غريس-رومان. إلى جانب هذه الأجهزة ذات حدود التباين الأعمق، تدفع خوارزميات التكيف البصري المتقدمة حدود الدقة الممكنة. تسعى تقنيات معالجة الصور مثل التصوير التفاضلي المرجعي (Grady..1999)، والتصوير التفاضلي الزاوي (Marois..2006)، والتصوير التفاضلي بالاستقطاب (Kuhn..2001)، والتصوير التفاضلي الطيفي (Claudi..2008) إلى تحقيق أفضل فصل للإشارة الكوكبية عن التداخل النجمّي. بفضل هذه القدرات المتطورة، سينتقل حد الكشف من الكواكب العملاقة إلى ما يشابه الأرض، وبمدارات أقرب بكثير إلى نجومها المضيفة، مما يتيح استكشاف منطقة تكوين الكواكب الصخرية. لذلك، فإن فهم قيود الرصد والانقراض المقدر في الأقراص المحيطة بالنجوم أمر حاسم لنجاح الدراسات الحالية والمستقبلية للبحث عن الكواكب الفتية.
تناولت دراسات أخرى في الأدبيات قابلية رصد الكواكب المتكونة ضمن الأقراص المحيطة بالنجوم. يعرض Chen..22 توقعات رصد الأقراص الكوكبية باستخدام التلسكوب الأوروبي العملاق E-ELT وجهاز METIS إلى جانب تلسكوب جيمس ويب (Boccaletti..22, Girard..22, Oberg..23). ومن جهته، استخدم Sanchis..2020 محاكاة هيدروديناميكية ثلاثية الأبعاد للكواكب العملاقة للتنبؤ بالانقراض عبر دمج كثافة العمود وتحويلها إلى A\(_{\lambda}\) باستخدام منحنيات انقراض الوسط البيني. وتظهر هذه الأعمال أن الفهم الدقيق كلاً من انبعاث الكوكب والانقراض سيكون مفتاحاً لاستغلال الإمكانات الكاملة للمنشآت الحالية والمستقبلية.
استخلصت عدة دراسات رصدية قيودًا على محتوى الغبار في الأقراص الكوكبية الفتية. فقد حدّت مصفوفة أتاكاما الكبيرة للمليمترات (ALMA) من عدد حبيبات المليمتر في هذه الأقراص ووصفت توزيعها المكاني، إلى جانب البنى الكوكبية المحتملة القادرة على تفسير تركيب القرص عند هذه الأطوال الموجية، بينما وفرت المسوحات بالأشعة تحت الحمراء معلومات إضافية عن الغبار ذي الحجم الميكروني في الأغشية السطحية للقرص. ويعد دمج كل هذه البيانات مفتاحًا لقياس الانقراض في الأطوال الموجية البصرية وتحت الحمراء، ولتحديد قابلية رصد الكواكب الفتية في الظروف النموذجية لتلك الأطوال الموجية.
في هذا العمل، نركز على التنبؤات المتعلقة بالانقراض المقدر لهياكل حبيبات الغبار ذات الأشكال والأحجام المختلفة، والتي يمكن دمجها مع توقعات شدة إشعاع الكواكب المتكونة (Zhu..2015) لتحسين الكشف عن المصادر النقطية باستخدام قياسات فوتومترية متعددة الأطوال الموجية. نحلل اعتماد قيم الانقراض على زاوية الانحدار، والحجم الأقصى المفترض لحبيبات الغبار، وكتلة الكوكب. كما نناقش الأطوال الموجية والتكوينات المثلى لحملات البحث عن الكواكب بالنظر إلى التباين المتوقع والفواصل الزاوية. ويمكن لاختيار المرشحات الملائمة لكل هدف أن يقلل من وقت الرصد، مما يزيد من الإنتاجية العلمية ويسهم في توصيف خصائص القرص والكوكب الفتي.
ينظّم هذا العمل على النحو التالي: في القسم [sec:methods] نصف المنهجية، ثم نعرض النتائج في القسم [sec:results]. بعد ذلك، نناقش النتائج في سياق حملات التصوير عالي التباين الحالية في القسم [sec:disc]، ونلخص النتائج الرئيسية في القسم [sec:summary]. بالإضافة إلى ذلك، نقدم في الملحق [Appendix:disks] قيم الانقراض في الأقراص الكوكبية الفتية التي غالبًا ما تستهدفها حملات التصوير عالي التباين كمرشحات محتملة لاستضافة الكواكب الفتية.
نستكشف الانقراض في أقراص تكوين الكواكب تحت ظروف واقعية وزوايا إمالة مختلفة للقرص. نجري محاكاة هيدروديناميكية باستخدام الكود FARGO3D
(FARGO3D) مع كواكب أولية متضمّنة. كما نحسب التغيرات في العمق البصري لمختلف مجموعات الغبار عن طريق تعديل الحجم الأقصى للحبيبات الصغرى، مما يؤدي إلى اختلافات في انقراض الغبار.