תגלית מפתיעה של צוות חוקרים בינלאומי עם מדענים מישראל עשויה לשנות את ההבנה שלנו על דרך היווצרותם של כוכבי לכת

צוות בינלאומי של אסטרופיזיקאים גילה כוכב לכת גדול, יותר ממחצית מהמסה של צדק, סביב כוכב קטן וקריר מסוג ננס אדום. הממצא מפתיע מאוד משום שברוב המקרים לכוכבים קטנים יש גם כוכבי לכת קטנים, לכן המחקר החדש מצביע על אפשרות שכוכבי לכת נוצרים בדרך שונה סביב כוכבים קטנים לעומת הדרך שהם נוצרים סביב כוכבים בעל מסה גדולה יותר. המחקר מתפרסם בכתב העת Science והשתתפו בו ד"ר לב טל-אור מאוניברסיטת תל אביב וד"ר אביב אופיר ממכון ויצמן למדע. 

הכוכב GJ3512, השוכן כ-30 שנות אור מאתנו, הוא כוכב מסוג ננס אדום - כוכב קריר יחסית, עמום וקטן שהמסה שלו היא כשמינית ממסת השמש שלנו. במחקר החדש הצליחו החוקרים לגלות כוכב לכת בעל מסה מסדר הגודל של כוכב הלכת צדק, כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש שלנו. להערכתם המסה של כוכב הלכת שהתגלה היא לפחות חצי מהמסה של צדק. הוא מקיף אותו במרחק שדומה למרחק שמרקורי מקיף את השמש - כשליש מהמרחק בין כדור הארץ לשמש - והשנה שלו, כלומר הקפה שלמה, נמשכת כ-200 ימי ארץ. זה מרחק הקפה קטן יחסית למערכת השמש שלנו, אבל גדול מאוד בהשוואה לרוב כוכבי הלכת שמתגלים סביב ננסים אדומים. 

כוכבים כמו השמש שלנו הם בעלי מסה גדולה בהרבה מכוכבי לכת, ומסוגלים לייצר אור וחום בהיתוך גרעיני שמתרחש בליבתם. לעומת זאת כוכבי לכת הם גופים קטנים יחסית שאינם מייצרים אור ולרוב מקיפים כוכבים. ברוב המקרים המסה של הכוכב גדולה בין פי אלף עד פי מיליון מזו של כוכב לכת טיפוסי. במקרה הזה, אפילו שמדובר בכוכב קטן וכוכב לכת גדול, המסה של הננס האדום עדיין גדולה פי 250 מהמסה של כוכב הלכת. 

השמש ומסלולו של מרקורי (למעלה) לעומת GJ3512 וכוכב הלכת שלו | איור: Guillem Anglada-Escude - IEEC, SpaceEngine.org
השמש ומסלולו של מרקורי (למעלה) לעומת GJ3512 וכוכב הלכת שלו | איור: Guillem Anglada-Escude - IEEC, SpaceEngine.org

מבט מקרוב

העובדה שהננס האדום GJ3512 קרוב אלינו יחסית למרחקים הגלקטיים איפשרה לחוקרים לבצע מדידות מדויקות, שקשה לבצע על ננסים אדומים שעוצמת האור שלהם נמוכה מאד. ברוב המקרים כוכבי לכת שמתגלים סביב ננסים אדומים מתגלים ב"שיטת המעבר" (transit): הם מסתירים מעט מהאור בזמן שהם עוברים בינינו לבין הכוכב, והירידה המחזורית בעוצמת האור מאפשרת לחשב פרטים עליהם. בשביל לגלות כוכבי לכת בשיטה זו או לחקור אותם, הם צריכים להיות קרובים לכוכב שהם מקיפים, וגם אז הצופה צריך להיות בזווית נכונה כדי למדוד את ירידת האור. טלסקופ החלל קפלר גילה בשיטה זו אלפי כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים. כיום טלסקופ החלל TESS ממשיך לחפש כוכבי לכת באותה שיטה. 

חוץ משיטת המעבר, השיטה הנפוצה ביותר לגילוי כוכבי לכת במערכות שמש אחרות היא שיטת המהירות הרדיאלית. בשיטה זו מודדים את המהירות שבה הכוכב עצמו זז בגלל כח המשיכה של כוכב הלכת שמקיף אותו. במדידה רגישה אפשר לראות כי הכוכב מתרחק מאתנו ומתקרב אלינו לסירוגין, ואפשר למדוד את השינויים האלה בעזרת אפקט דופלר, שגורם לשינוי באורך הגל של האור שנפלט מהכוכב. בטכניקה הזאת אפשר לגלות בעיקר כוכבי לכת גדולים יחסית, שמושכים בעוצמה את הכוכב שהם מקיפים. הקושי העיקרי הוא למדוד במדויק את אורכי הגל האופייניים של הכוכב, בשיטה שנקראת ספקטרוסקופיה

במחקר החדש ניצלו המדענים את העובדה שהננס האדום נמצא קרוב יחסית והצליחו לבצע ספקטרוסקופיה מדויקת של אורכי הגל האופיינים שלו. הם מצאו שהכוכב משנה את המהירות שלו בצורה מחזורית, דבר המלמד על קיומו של כוכב לכת גדול שמזיז אותו. המדידות היו כה מדויקות שאפשר לראות גם השפעה של כוכב לכת נוסף, רחוק יותר, שגם הוא תורם לתנועה של הננס האדום. תכונותיו של כוכב הלכת השני פחות ברורות, אבל ככל הנראה הוא קטן מכוכב הלכת העיקרי שהתגלה. 

הטלסקופ במצפה הכוכבים קלאר אלטו בצ'ילה, שעליו מותקן מכשיר הספקטרוגרף | צילום: Pedro Amado/Marco Azzaro - IAA/CSIC
הטלסקופ במצפה הכוכבים קלאר אלטו בצ'ילה, שעליו מותקן מכשיר הספקטרוגרף | צילום: Pedro Amado/Marco Azzaro - IAA/CSIC

איך כוכב לכת נולד? 

החשיבות של המחקר החדש נעוצה במודלים הקיימים שמסבירים את היווצרות כוכבי הלכת. על פי ההשערה הרווחת, כוכבי לכת נוצרים מאוסף של חלקיקי אבק שמצטברים לסלעים קטנים ולבסוף יוצרים ליבות של כוכבי לכת, הממשיכות לאסוף במהירות את כל החלקיקים שסביבן. על פי מודלים כאלה, קשה ליצור כוכב לכת בגודל של צדק סביב ננס אדום קטן כמו GJ3512. ההסבר החלופי הוא שכוכב הלכת נוצר מאותו ענן גז שיצר את הננס האדום עצמו. בתהליך זה, הענן מתפרק תחת כח המשיכה של עצמו וחלקים שונים שלו קורסים ומתכנסים למספר גופים קטנים. החלק הגדול של הענן הופך לננס אדום, וחלקים קטנים יותר מייצרים כוכבי לכת גדולים יחסית. 

אם ימשיכו לגלות כוכבי לכת גדולים סביב ננסים אדומים, זה יתמוך בתיאוריה החלופית להיווצרות כוכבי לכת סביב ננסים אדומים. רוב הכוכבים בגלקסיה הם ננסים אדומים, ובשנים האחרונות מתגלים סביבם גם יותר ויותר כוכבי לכת קטנים, תאומי ארץ, העשויים לכאורה להתאים לקיום חיים כפי שאנו מכירים אותם. לכן, יש חשיבות רבה להבנה שלנו כיצד נוצרים רוב כוכבי הלכת בגלקסיה, שתשפר גם את היכולת שלנו לגלות עוד כוכבי לכת כאלה.  

סרטון המציג את המערכת שהתגלתה במחקר. יוצר: Guillem Anglada-Escude - IEEC/Science Wave, SpaceEngine.org

2 תגובות

  • ארנון

    לא הבנתי את ההבדל בין שני ההסברים ליצירת הכוכבים

    אשמח אם תוכלו להרחיב בזה, ולהסביר למה לפי התיאוריה הראשונה פחות סביר שיווצרו כוכבי לכת גדולים סביב ננסים אדומים

  • גיא ניר

    על פי התיאוריה הראשונה (Core

    על פי התיאוריה הראשונה (Core accretion) כוכבי הלכת נוצרים על ידי הצטברות של חלקיקים של אבק לסלעים שמצטברים לליבות של כוכבי לכת ולבסוף הופכות לכוכב לכת סלעי כמו כדה"א או, אם יש הרבה מאד גז בסביבה שלהן, הן הופכות לענק גז כמו צדק. בזמן שהליבות גדלות הן גם נעות במסלול שמקרב אותן לכוכב (בגלל אינטראקציה עם חלקיקי גז ואבק). אם הליבות מגיעות קרוב מידי לכוכב שלהן איפה שכבר אין יותר גז לא יכולים להיווצר שם כוכבי לכת ענקיים. במקרה של ננס אדום, הליבה שנוצרת קטנה מידי בשביל לצבור הרבה גז, והיא תגיע קרוב מידי לפני שתגיע לגודל הנחוץ להפוך לענק גז (על פי סימולציות שערכו כותבי המאמר). על פי המודל השני (Gravitational Instability) הגז שסביב הכוכב קורס ישירות לגופים מסיביים ונוצרים ענקי גז בצורה הרבה יותר מהירה. על פי מודל זה הגז קורס בשלב מאד מוקדם כשיש עדיין הרבה מסה בדיסקה שסביב הכוכב. מכיוון שזה תהליך הרבה יותר מהיר שלא מצריך שלבי ביניים של היווצרות ליבה, הוא מועדף במקרה הזה (על פי המאמר).