مُلَخَّص
مع تطور التقنيات الحديثة لكورونوغرافات ذات حدود تباين أعمق، إضافة إلى الحملات الحالية والمخطط لها للتصوير عالي التباين، ستتمكن هذه المهمات من توسيع قدرات الكشف عن الكواكب النامية. تتيح هذه الخطوات فرصة فريدة لتوصيف الكواكب الفتية والبيئات المحيطة بها. رغم ذلك، لا تزال ثمة شكوك واضحة بشأن قيم الانقراض في مناطق مختلفة من أقراص ما قبل الكوكبية، مما يعيق قدرتنا على وصف هذه الكواكب. إن فهم الانقراض التقديري بشكل دقيق، استناداً 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 التقديرية لكلا مرشحات الاستمرارية المرتبطة بخطوط الهيدروجين القوية كمؤشرات للتراكم، والمرشحات الضوئية الضيقة الرئيسية. نقدم علاقة تحجيم قيم الانقراض كدالة للكتلة الكوكبية وكتلة القرص لثلاث كتل غازية عملاقة مختلفة، ونستعرض كذلك قيماً لمجموعة فرعية من الأقراص ذات الاهتمام التي استهدفتها حملات التصوير متعددة الأطوال الموجية. ستساعد هذه القيم في تصميم أفضل لمسوح البحث عن الكواكب المستقبلية، وتوفر إطاراً لفهم أسباب عدم الكشف في أقراص ما قبل الكوكبية والتدفقات المرصودة للمصادر النقطية إلى جانب ظروف ولادة الكواكب الفتية.
مُقَدِّمَة
مع تطبيق خوارزميات مخصصة للتصوير عالي التباين في حملات البحث عن الكواكب، أصبح الكشف المباشر عن الكواكب النامية حقيقة (Keppler..2018, Haffert..et..al..2019, Currie..2022, Yifan..2022, Hammond..2023). ومع ذلك، أظهرت العديد من الدراسات المتخصصة أن معدل الكشف عن أجسام مرافق الكوكب في الأقراص المحيطة بالنجوم منخفض للغاية (Cugno2019, Zurlo..2020, Jorquera..21, Asensio-Torres..21, Huelamo..2022, Cugno..2023..NACO, Follette..2023). قد يكون هذا التراجع ناتجاً عن الانقراض العالي في الأطوال الموجية البصرية والقريبة من تحت الحمراء بسبب طبيعة الأقراص الغنية بالغبار. وفي الوقت ذاته، حددت تلك الدراسات الحدود العليا لانبعاث الكوكب في عدة نطاقات فوتومترية. وبالتوازي، يمكن أن توفر قيود الانقراض الدقيقة من قرص المضيف معلومات أساسية لفهم بيئات تكوين الكواكب النامية، مما يفيد بشكل خاص في تصميم الحملات المستقبلية.
المرافق الحالية والقادمة خصصت أدوات للتصوير عالي التباين، مثل MagAO-X وELT-METIS وتلسكوب الفضاء نانسي غريس-رومان. إلى جانب هذه الأجهزة بحدود تباين أعمق، تدفع خوارزميات التكيفية البصرية المتقدمة حدَّ الدقّة الممكن. تحاول تقنيات معالجة الصور مثل التصوير التفاضلي المرجعي (Grady..1999)، والتصوير التفاضلي الزاوي (Marois..2006)، والتصوير التفاضلي بالاستقطاب (Kuhn..2001)، والتصوير التفاضلي الطيفي (Claudi..2008) تحقيق أفضل توصيف ممكن للضوء المتناثر النجمي بهدف إزالة تلويث الإشارة الكوكبية. بفضل قدرات هذه الأدوات المتطورة، سينتقل حد الكشف من الكواكب العملاقة إلى الكواكب الشبيهة بالأرض، وأقرب بكثير إلى نجومها المضيفة، مما يتيح الوصول إلى منطقة تكوين الكواكب الأرضية. لذلك، فإن فهم القيود المراقَبة والانقراض التقديري في الأقراص المحيطة بالنجوم أمر حاسم لنجاح الدراسات الحالية والمستقبلية للبحث عن الكواكب النامية.
وقد تناولت دراسات أخرى في الأدبيات موضوع قابلية مراقبة الكواكب المتراكمة في الأقراص المحيطة بالنجوم. يعرض (Chen..22) توقعات قابلية رصد الأقراص الكوكبية باستخدام التلسكوب الأوروبي العملاق E-ELT وجهاز METIS إلى جانب تلسكوب جيمس ويب (Boccaletti..22, Girard..22, Oberg..23). واستخدم (Sanchis..2020) محاكاة هيدروديناميكية ثلاثية الأبعاد للكواكب الضخمة للتنبؤ بالانقراض عبر دمج كثافة العمود وتحويلها إلى \(A_\lambda\) باستخدام منحنيات الانقراض الخاصة بالوسط البيني. تظهر هذه الأعمال أن الفهم الدقيق لكلٍ من انبعاث الكوكب والانقراض سيكون مفتاحاً لاستغلال الإمكانات الكاملة للمرافق الحالية والمستقبلية.
استخلصت عدة دراسات مراقبة قيوداً على محتوى الغبار في الأقراص الكوكبية النامية. فقد حدّت مصفوفة أتاكاما الكبير للأمياليمتر (ALMA) من عدد حبيبات المليمتر في هذه الأقراص ووصفت توزيعها المكاني إلى جانب البنى الكوكبية القادرة على تفسير بنية القرص عند هذه الأطوال الموجية، بينما وفرت المسوحات بالأشعة تحت الحمراء معلومات إضافية عن الغبار بحجم ميكرون على سطح القرص. يعد دمج كل هذه البيانات مفتاحاً لقياس الانقراض في الأطوال الموجية البصرية وتحت الحمراء، ولتحديد قابلية رصد الكواكب النامية في الظروف النموذجية لنفس الأطوال الموجية.
في هذا العمل، نركز على التنبؤات المتعلقة بالانقراض التقديري لهندسات وأحجام حبيبات مختلفة، والتي يمكن دمجها مع توقعات شدة إشعاع الكواكب المتراكمة (Zhu..2015) لتحسين الكشف عن المصادر النقطية باستخدام نقاط فوتومترية متعددة الأطوال الموجية. نحلل اعتماد قيم الانقراض على زاوية الانحدار والحجم الأقصى المفترض لحبيبات الغبار وكتلة الكوكب. نناقش الأطوال الموجية والتكوينات المعمارية الأنسب لحملات البحث عن الكواكب بالنظر إلى التباين المتوقع والفواصل الزاوية. كما يمكن لاختيار المرشحات المناسبة لهدف محدد أن يقلل من وقت الرصد، مما يزيد من الإنتاجية العلمية ويسهم في توصيف خواص القرص والكوكب النامي.
يُتَّبع في هذا العمل التنظيم الآتي: نصف المنهجية في القسم [sec:methods]، ثم نعرض النتائج في القسم [sec:results]. بعد ذلك، نناقش النتائج المقدمة 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 النامية التي غالباً ما تستهدفها حملات التصوير عالي التباين كأقراص محتملة لاستضافة الكواكب النامية.
النمذجة العَدَدِيَّةِ وَالطُرُقِ
نَسْتَكْشِفُ الاِنْقِراض فِي أَقْراصِ تَكْوِينِ الكَواكِب تَحْتَ ظُرُوفٍ واقِعِيَّةٍ وَزَوايا ميلانٍ مُخْتَلِفَةٍ لِلقُرْص. نُجْرِي مُحاكاةً هيدروديناميكيَّةً بِاِسْتِخْدامِ الكود FARGO3D (FARGO3D) مَعَ كَواكِبَ أوليةٍ مُضَمَّنَةٍ. نَحْسِبُ أَيْضاً التَغَيُّراتِ فِي العُمْقِ البَصَرِيِّ لِمُخْتَلِفِ مَجْمُوعاتِ الغُبارِ عَن طَرِيقِ تَغْيِيرِ الحَجْمِ الأَقْصَى لِلحَبِيباتِ الصَغِيرَةِ، مِمّا يُؤَدِّي إِلَى اِخْتِلافاتٍ فِي اِنْقِراضِ الغُبارِ.