إن مقياس بيرناردينيلي-بيرنشتاين 'الضخم' هو اكتشاف لعقد من الزمان. هنا شرح الاكتشاف.

تظهر صورة التقطتها مؤسسة Dark Energy Survey المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين في أكتوبر 2017.

تظهر صورة التقطتها مؤسسة Dark Energy Survey المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين في أكتوبر 2017. (رصيد الصورة: Dark Energy Survey / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA / P. Bernardinelli & G. Bernstein (UPenn) / DESI Legacy Imaging Surveys. شكر وتقدير: TA Rector (University of Alaska Anchorage / NSF's NOIRLab ) / م. زماني (NSF's NOIRLab) / جي ميلر (NSF's NOIRLab))



حتى بيدرو برناردينيلي وغاري بيرنشتاين يعترفان بأنهما زوجان غير محتمل من العلماء ينتهي بهما الأمر بمذنب يحطم الرقم القياسي على شرفهما.



قدر العلماء بإيجاز أن مذنب برناردينيلي-بيرنشتاين ، كما هو معروف الآن ، كان أكبر جسم جليدي تم تحديده حتى الآن ، وربما يزيد عرضه عن 100 ميل (160 كيلومترًا). ألقت ملاحظات إضافية بظلال من الشك على ذلك ، ولكن بالنظر إلى `` مقياس الضخامة '' ، فقد نشأ ذيلًا بعيدًا بشكل ملحوظ عن الشمس ، مما يشير إلى المزيد من الوحي في المستقبل. أخيرًا ، يوفر الجسم لعلماء الفلك فرصة غير مسبوقة لمشاهدة السلوكيات الغريبة للمذنب.

لكن برناردينيلي اكتشف الجسم قبل أسبوع فقط أو نحو ذلك قبل أن يدافع عن أطروحته ، والتي ركزت على إيجاد نوع مختلف تمامًا من جسم النظام الشمسي الخارجي ، أجسام عابرة لنبتون. والاهتمام العلمي الأساسي لبرنشتاين يكمن في موضوع آخر: البحث عن التشوهات التي تسببها المادة المظلمة. ومع ذلك ، يوجد هنا برناردينيلي وبرنشتاين ، مع أحد أكبر المذنبات المعروفة حتى الآن. يبدو أنهما مذهولان قليلاً من تحول الأحداث - على الرغم من أن كلاهما قال إن والديهما مسروران تمامًا بالتطور غير المتوقع.



قال برنشتاين ، عالم الفلك بجامعة بنسلفانيا ، لموقع ProfoundSpace.org: 'هذا شرف غير عادي لعالم الكونيات ، لكن والدتي سعيدة جدًا.'

بالصور: مناظر مذهلة للمذنبات من الأرض والفضاء

مهمة مختلفة

ركزت أطروحة الدكتوراه لبرناردينيلي على تحديد فئة من الأشياء تسمى الأجسام العابرة لنبتون (TNOs) ، والتي من الواضح أن مذنب برناردينيلي-برنشتاين ليس واحدًا منها ، على الرغم من أن بحثه اكتشف أكثر من 800 منها أيضًا.



TNOs هي كتل من الصخور التي ، كما يوحي الاسم ، تدور حول الشمس ولكنها تظل خارج مدار نبتون. هذا حوالي 30 ضعف متوسط ​​مسافة الأرض من الشمس ، والتي تبلغ مساحتها حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر) والتي يسميها العلماء الوحدة الفلكية أو AU. لكن معظم أجسام TNO لا تبتعد أبدًا عن الشمس أكثر من بضع مئات من الوحدات الفلكية.

لذلك عندما قام تحليل برناردينيلي بسحب جسم ما وأعلن أن أبعد نقطة له عن الشمس كانت عشرات الآلاف من الوحدات الفلكية من الشمس ، لاحظ ذلك.

قال برناردينيلي ، الذي أكمل دراسة الدكتوراه في جامعة بنسلفانيا هذا الصيف ويبدأ الآن بحثًا لما بعد الدكتوراة في جامعة واشنطن ، لموقع ProfoundSpace.org: `` ظهرت على الفور في عيني ''. يتذكر التفكير ، 'هذا غريب - ما هذا الشيء؟'



كان الاكتشاف غريبًا جدًا ، في الواقع ، لدرجة أنه اعتقد أنه كان خطأ وذهب للبحث عن الأخطاء. لكن هذا البحث جاء فارغًا ، لذلك أحضر الاكتشاف إلى مستشاره بيرنشتاين. قال برناردينيلي: 'لم أر أي شيء ، كل شيء بدا حقيقياً'. 'بدا الأمر أكثر واقعية من معظم الأشياء التي نجدها'.

اكتشاف محظوظ

اكتشف الباحثون المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين في بيانات تسمى مسح الطاقة المظلمة (DES) ، الذي تم تشغيله على تلسكوب في مرصد Cerro Tololo Inter-American في تشيلي من 2013 إلى 2019.

(قال برنشتاين: 'ليس هذا هو عرض بيدرو وغاري على الإطلاق. في الواقع ، أردنا أن يُطلق على المذنب اسم Comet DES ، لكن يبدو أن هذا مخالف للقواعد.')

كان مسح الطاقة المظلمة ، كما يوحي اسمه ، مسحًا مصممًا لمساعدة العلماء على فهم الطاقة المظلمة ، وهي مادة غامضة لم يرها العلماء بعد بشكل مباشر ولكن يُعتقد أنها تشكل 68٪ من الكون وتشوه رؤيتنا للمجرات الأخرى. التقط المشروع أكثر من 80000 صورة للسماء ، مع إعادة النظر في بقع محددة كل أسبوعين تقريبًا. يوجد في كل صورة عشرات الآلاف من الأجسام الكونية من جميع الأشكال والأحجام.

عندما تلتقط صورة للسماء ، فأنت لا تلتقط مجرد صورة لـ المجرات قال بيرناردينيلي ، إنك تلتقط صورة لكل ما هو بينك وبينهم ، بشكل أساسي. 'إذن تحصل على أشياء مثل النجوم ، تحصل على الطائرات ، تحصل عليها الكويكبات ، وكل شيء آخر بينهما.'

لذا خصص بيرناردينيلي وبرنشتاين الوقت على كمبيوتر عملاق وشرعوا في تصميم طريقة لتحديد الكائنات الحية الدقيقة في صور مسح الطاقة المظلمة. باستخدام الوقت والموقع لكل صورة لتكديس مناظر النظام الشمسي ، وضع الباحثون الخوارزمية لتحديد متى تصطف سبع صور مختلفة على الأقل لإظهار بقعة تتحرك وفقًا للقوانين التي تحكم حركة كائنات النظام الشمسي.

'إنها عملية ضخمة للتواصل بين النقاط.' قال برناردينيلي.

فنان

رسم فنان للمذنب برناردينيلي-بيرنشتاين وهو يحرث النظام الشمسي.(رصيد الصورة: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva (Spaceengine))

'علمنا أنه كان حقيقيًا على الفور'.

- جاري برنشتاين ، عالم فلك

وقال بيرنشتاين إنه على الرغم من أن الحد الأدنى هو سبع صور مختلفة ، إلا أن المذنب الهائل ظهر في 20 أو 30 صورة منفصلة. قال: 'لا توجد طريقة على الإطلاق يمكنك الحصول على ذلك عن طريق الصدفة'. 'علمنا أنه كان حقيقيًا على الفور'.

لكنه أشار إلى أنه في الواقع ، لا يزال يتعين على الخوارزمية عدم وضع علامة على الكائن. كان برناردينيلي وبرنشتاين قد وضعوا البرنامج للبحث عن الأشياء الموجودة على الأقل 30 وحدة فلكية من الشمس ، حول المكان نبتون المدارات. كان هذا الإعداد مسألة ملائمة - فهو يطابق موقع TNOs التي كانت الهدف الرئيسي للباحثين ، ومن الصعب التعرف على الصور الأقرب مع مرور أسبوعين غالبًا بين الصور.

عندما كان المسح قيد التشغيل ، كان المذنب أقرب بالفعل - 25 وحدة فلكية فقط من الشمس بحلول عام 2017. (وفقًا للحسابات المدارية ، فإن أقرب برناردينيللي-برنشتاين سيأتي إلى الشمس هو حوالي 11 وحدة فلكية - لا يزال بعيدًا عن زحل مدار - في عام 2031.)

وقال بيرنشتاين 'لقد كان الحظ قليلًا لأننا اكتشفناه' ، مضيفًا أن الحظ كان على الأرجح نتيجة لسهولة رؤية الجسم.

سبب للإثارة

على الرغم من أن ما يميز برناردينيلي في البداية كان الخصائص المدارية الغريبة للمذنب ، إلا أن الاكتشاف أحدث مثل هذا النبأ بسبب سمة مختلفة ، الحجم المقدر للمذنب. بناءً على سطوع الكائن والمسافة ، فإن ملف قدر العلماء في البداية أن نواة المذنب - الصخور الجليدية في قلبها - يتراوح عرضها من 60 إلى 120 ميلاً (100 إلى 200 كيلومتر).

ومن المفارقات ، أنه إذا تبين أن الاكتشاف هو أحد TNOs التي كانت الدراسة تستهدفها حقًا ، فسيكون ذلك غير ملحوظ ، لأن العلماء يعرفون الكثير من TNOs بهذا الحجم. ولكن فيما يتعلق بالمذنبات ، فإن تقدير الحجم هذا ضخم حقًا. من بين المذنبات التي درسها العلماء بالتفصيل ، يوجد اثنان فقط في نفس الفئة: المذنب هيل بوب ، الذي اقترب من الأرض عن كثب في عام 1997 ، والمذنب C / 2002 VQ94 (LINEAR) ، الذي لم يكن أعمق في النظام الشمسي من مدار كوكب المشتري.

تعتبر المذنبات الكبيرة نادرة لأن نفس الجليد المتبخر الذي يجعلها مذهلة للغاية لرؤيتها يسلبها كيانها ، لذا فإن كل ممر بالقرب من الشمس يترك المذنب أصغر قليلاً من ذي قبل.

قال برناردينيلي: 'من النادر جدًا رؤية المذنبات الكبيرة أساسًا لأنه ما لم تلتقطها في ممرها الأول أو الثاني ، فإن معظم موادها ستختفي بالفعل'.

ومع ذلك ، توقع العلماء دائمًا وجود أجسام مثل المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين ، تجول في الحواف المتجمدة للنظام الشمسي لدهور. ويقول الخبراء الخارجيون إن الاكتشاف ليس مفاجئًا فحسب ، بل إنه أيضًا علامة على أن العلماء يسيرون على المسار الصحيح في تجميع تاريخ النظام الشمسي معًا.

قال ميج شوامب ، عالِم الفلك الكوكبي في جامعة كوينز بلفاست في أيرلندا الشمالية والمتخصص في النظام الشمسي الخارجي ولم يشارك في الاكتشاف ، لموقع ProfoundSpace.org: `` إنه أنيق ولكنه ليس غير متوقع ''. 'يتناسب مع القصة التي نعرفها.'

تقول هذه القصة على النحو التالي: كان النظام الشمسي الشاب مزينًا بحلقة من الأنقاض الجليدية الصغيرة التي تحيط بالكواكب الضخمة. ولكن عندما هاجرت الكواكب عبر النظام الشمسي ، أدت جاذبيتها الهائلة إلى ركل الأنقاض المتجمدة حولها.

طار البعض إلى الفضاء بين النجوم. انتهى الأمر بالبعض فيما يسميه العلماء حزام كايبر ، حيث يدور بلوتو. انتهى الأمر ببعضهم في أبعد من ذلك بكثير سحابة أورت حيث تكمن مذنبات مثل برناردينيلي-بيرنشتاين. من هناك ، مع تدفق المد والجزر من خلال درب التبانة والنجوم المجاورة تمر عبر نظامنا الشمسي ، تدفع الجاذبية أحيانًا كرة ثلجية إلى الداخل في مغامرة كوكبية.

قال شوامب إن هناك الكثير من أجسام حزام كايبر التي تشبه المذنب الجديد ، لذا فإن العثور على جسم مشابه قادم من سحابة أورت يشير إلى أن العلماء كانوا على الطريق الصحيح ، وأن المزيد من الاكتشافات لم يأت بعد.

قال شوامب: 'ربما يعني العثور على جسم كبير مثل هذا أن هناك عددًا قليلاً يمكن العثور عليه'.

نشط بشكل غير متوقع

مع رصد المزيد من العيون للمذنب الجديد ، تغيرت قصته قليلاً.

حوّل العلماء تلسكوباتهم إلى الموقع الحديث للجسم ومشطوا البيانات الأرشيفية لإنقاذ المشاهد التي لم تكن موجودة في التحليل الأصلي. وفي هذه الأشياء ، كان من الواضح أن المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين لم يكن متجمدًا تمامًا وقد استيقظ بالفعل قليلاً في الوقت الذي ظهر فيه لأول مرة في صور العلماء.

تنمو المذنبات في غيبوبتها الغامضة المميزة عندما ترتفع درجة حرارة جليدها بدرجة كافية لتبخر بعيدًا في سحابة غازية تحيط بالنواة. هذه الظاهرة تحجب النواة وتضيء المذنب - مما يعني أنه إذا كان المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين نشطًا حتى في المشاهدات المبكرة ، فإن العلماء قد بالغوا في تقدير حجمه.

'المذنبات تحب أن تفاجئنا.'

- روزيتا كوكوتانيكوفا ، عالمة مذنب

قالت روزيتا كوكوتانيكوفا ، عالمة المذنبات في المرصد الأوروبي الجنوبي ، والتي لم تشارك في اكتشاف المذنب الجديد ، لموقع ProfoundSpace.org إنه تحدٍ شائع للعلماء الذين يركزون على دراسة نواة المذنب. قالت: 'تحب المذنبات أن تفاجئنا'. 'أنت تفترض أنك تدرس النواة ، لكن قد تخدعك الغيبوبة المحيطة.'

تُظهر ملاحظات المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين التي جمعتها بؤرة استيطانية لمرصد لاس كومبريس في جنوب إفريقيا في يونيو 2021 نشاطًا على المذنب على الرغم من بُعده الكبير عن الشمس.

تُظهر ملاحظات المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين التي جمعتها بؤرة استيطانية لمرصد لاس كومبريس في جنوب إفريقيا في يونيو 2021 نشاطًا على المذنب على الرغم من بُعده الكبير عن الشمس.(رصيد الصورة: LOOK / LCO)

اتضح أن حساب حجم مذنب نشط أكثر تعقيدًا من قياس نواة عارية ، لذلك قالت كوكوتانيكوفا إنها لا تستطيع تقديم تقدير جديد لحجم المذنب ، بعد ذلك سيكون أصغر إلى حد ما من الحسابات الأصلية.

ولكن على الرغم من الحجم الأقل تفوقًا ، إلا أن مذنب برناردينيلي-بيرنشتاين لا يزال مذهلاً ، كما قالت - بسبب نفس النشاط الذي أبطل تقدير الحجم الأصلي. لم يرصد العلماء سوى عدد قليل من المذنبات النشطة حتى الآن بعيدًا عن الشمس ، حيث لا تزال درجات الحرارة شديدة البرودة ، على سبيل المثال ، يتحول جليد الماء إلى بخار ، وهو نوع نموذجي من النشاط المذنبي. وقالت إن الملاحظات الجيدة للمذنب النشط حتى الآن يمكن أن تعلم العلماء أنواعًا غير معروفة من المذنبات الغريبة.

قالت كوكوتانيكوفا: 'عادة ما يكون لدينا عدد قليل جدًا من الأشياء النشطة ، ونلتقط عددًا أقل من ذلك'. 'الشيء الفريد حقًا في هذا الكائن ليس حجمه ولكن مدى نشاطه على هذه المسافات الكبيرة وما هي الفرصة العظيمة التي يوفرها لنا لتمييز النشاط البعيد.'

هدية لسنوات قادمة

بغض النظر عن الحجم والنشاط ، اتفق جميع العلماء على أن الجانب الأكثر إثارة في مذنب برناردينيلي-بيرنشتاين هو مدى قدرة العلماء على دراسته.

بعض العوامل المختلفة تجعل المذنب واعدًا بشكل خاص. أولاً ، بالنظر إلى اكتشاف عام 2021 واقتراب عام 2031 من الشمس - بالإضافة إلى الملاحظات القديمة منذ عام 2010 - يمنح العلماء نظرة على مدار عقود على الجسم الذي يعد نادرًا بالنسبة لهذه الفئة من المذنبات التي تقوم بمثل هذه الرحلات الطويلة.

قالت كوكوتانيكوفا: 'إن دراسة المذنبات طويلة الأمد أكثر تعقيدًا' ، مقارنةً بالمذنبات قصيرة المدى التي لا تبتعد أبدًا عن الشمس. لقد مروا عبر النظام الشمسي ، وقد اصطدمنا بهم في وقت متأخر جدًا ، ثم ندرسهم لفترة وجيزة. ثم ذهبوا إلى الأبد.

وفي جزء كبير من رحلة المذنب برناردينيلي-بيرنشتاين ، سيكون للعلماء رؤى متواصلة عمليًا ، وذلك بفضل مرصد فيرا سي روبن في تشيلي المقرر أن يبدأ الرصد في عام 2023. ستقوم هذه المنشأة بمسح السماء الجنوبية مرة كل ثلاثة أيام ، مما يوفر لعلماء الفلك تفاصيل دقيقة منظر لكيفية تغير المذنب عندما يقترب من الشمس.

قال شوامب: 'سنحصل على فيلم كامل لهذا الكائن وهو يتطور ويدخل إلى الداخل'. تأمل Kokotanekova ، على وجه الخصوص ، أن يعلم الفيلم علماء الفلك أنواع النشاط التي يتم تشغيلها وفي أي مسافات من الشمس.

على الرغم من أنهم لم يشرعوا في العثور على مثل هذا المذنب المهم ، قال كل من برناردينيلي وبرنشتاين إن اكتشافهما غير المتوقع هذا الصيف منحهما تقديرًا جديدًا لكرات الجليد القذرة التي تدور حول النظام الشمسي الخارجي.

قال بيرنشتاين: 'سأظل أعمل يوميًا ، على ما أعتقد ، في علم الكونيات'. لكن مع ذلك ، 'لقد كان ممتعًا ، لقد تعلمت الكثير حقًا عن المذنبات.'

بالنسبة لبرناردينيلي ، مع ذلك ، فإن فرصة مواجهة المذنب الذي يحمل اسمه الآن قد تغير مساره العلمي ، كما قال. لم أفكر مليًا في المذنبات من قبل ، ومع انتقالي إلى مرحلة ما بعد الدكتوراة ، تمكنت من توسيع أنواع الأشياء التي أفعلها ، لذلك أفكر بالتأكيد في التفرع إلى مذنبات أكثر.

أرسل بريدًا إلكترونيًا إلى ميغان بارتلز على mbartels@demokratija.eu أو تابعها على Twittermeghanbartels. تابعنا على TwitterSpacedotcom وعلى Facebook.