אסטרונומים גילו כוכב לכת עצום בעל צפיפות נמוכה בשם WASP-193b, שגדול ב-50% מצדק אך בעל צפיפות דמוית צמר גפן מתוק. ממצא זה מאתגר את תיאוריות היווצרות הפלנטות הקיימות. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
אסטרונומים גילו כוכב לכת עצום בעל צפיפות נמוכה בשם WASP-193b, שגדול ב-50% צדק אך בעל צפיפות דמוית צמר גפן מתוק. ממצא זה מאתגר את תיאוריות היווצרות הפלנטריות הנוכחיות, שכן מדענים אינם יכולים להסביר כיצד יכול להיווצר כוכב לכת כזה.
אסטרונומים גילו כדור מוזר ענק ורך של כוכב לכת המקיף כוכב מרוחק שביל החלב גָלַקסִיָה. התגלית, שדווחה ב-14 במאי בכתב העת אסטרונומיה של הטבע על ידי חוקרים מ-at MITאוניברסיטת ליאז' בבלגיה, ובמקומות אחרים, היא מפתח מבטיח לתעלומה של האופן שבו נוצרים כוכבי לכת סופר-קלים כאלה.
נראה שכוכב הלכת החדש, ששמו WASP-193b, מגמד את צדק בגודלו, אך הוא מהווה חלק קטן מצפיפותו. המדענים גילו שענק הגז גדול ב-50% מצדק, וכעשירית מצפיפותו – צפיפות נמוכה ביותר, הדומה לזו של צמר גפן מתוק.
WASP-193b הוא כוכב הלכת השני הקל ביותר שהתגלה עד כה, אחרי הקטן יותר, נפטון-כמו עולם, קפלר 51d. גודלו הגדול בהרבה של כוכב הלכת החדש, בשילוב עם צפיפות האור העל שלו, הופכים את WASP-193b למשהו מוזר בין יותר מ-5,400 כוכבי לכת שהתגלו עד כה.
"למצוא את העצמים הענקיים האלה עם צפיפות כה קטנה זה ממש ממש נדיר", אומר מחבר המחקר הראשי והפוסט-דוקטורט של MIT, חאליד ברקאוי. "יש מחלקה של כוכבי לכת שנקראים צדק נפוח, וזה כבר 15 שנה מסתורין לגבי מה הם. וזה מקרה קיצוני של המעמד הזה".
"אנחנו לא יודעים איפה לשים את כוכב הלכת הזה בכל תיאוריות ההיווצרות שיש לנו כרגע, כי זה חריג מכולן", מוסיף הסופר הראשי פרנסיסקו פוזואלוס, חוקר בכיר במכון לאסטרופיזיקה של אנדלוסיה, בספרד. "איננו יכולים להסביר כיצד נוצר כוכב הלכת הזה, בהתבסס על מודלים של אבולוציה קלאסית. התבוננות מעמיקה יותר באטמוספירה שלו תאפשר לנו להשיג נתיב אבולוציוני של הפלנטה הזו".
מחברי המחקר ב-MIT כוללים את ז'וליאן דה ויט, עוזר פרופסור במחלקה למדעי כדור הארץ, האטמוספירה והפלנטריה של MIT, והפוסט-דוקטורט של MIT ארטם בורדנוב, יחד עם משתפי פעולה ממוסדות רבים ברחבי אירופה.
התרשמות האמן ממערכת WASP-193b. קרדיט: אוניברסיטת ליאז'
"טוויסט מעניין"
כוכב הלכת החדש זוהה בתחילה על ידי ה-Wide Angle Search for Planets, או WASP – שיתוף פעולה בינלאומי של מוסדות אקדמיים המפעילים יחד שני מצפי כוכבים רובוטיים, האחד בחצי הכדור הצפוני והשני בדרום. כל מצפה כוכבים משתמש במערך של מצלמות זווית רחבה כדי למדוד את בהירותם של אלפי כוכבים בודדים על פני כל השמים.
בסקרים שנעשו בין 2006 ל-2008, ושוב בין 2011 ל-2012, מצפה הכוכבים WASP-דרום זיהה מעברים תקופתיים, או נפילות באור, מ-WASP-193 – כוכב בהיר, סמוך, דמוי שמש, הממוקם במרחק של 1,232 שנות אור מכדור הארץ. אסטרונומים קבעו שהצניחה התקופתית של הכוכב בבהירות עולה בקנה אחד עם כוכב לכת המקיף את הכוכב וחוסם את האור שלו כל 6.25 ימים. המדענים מדדו את כמות האור הכוללת שחסם כוכב הלכת בכל מעבר, מה שנתן להם אומדן של גודלו הענק, העל-צדק של כוכב הלכת.
לאחר מכן חיפשו האסטרונומים לקבוע את המסה של כוכב הלכת – מדד שיגלה את הצפיפות שלו ואולי גם רמזים להרכבו. כדי לקבל אומדן מסה, אסטרונומים משתמשים בדרך כלל במהירות רדיאלית, טכניקה שבה מדענים מנתחים ספקטרום של כוכב, או אורכי גל שונים של אור, כאשר כוכב לכת מקיף את הכוכב. ניתן להזיז את הספקטרום של כוכב בדרכים ספציפיות בהתאם לכל מה שמושך בכוכב, כגון כוכב לכת שמסתובב. ככל שכוכב הלכת מסיבי יותר, וככל שהוא קרוב יותר לכוכב שלו, כך הספקטרום שלו יכול להשתנות יותר – עיוות שיכול לתת למדענים מושג לגבי המסה של כוכב לכת.
עבור WASP-193 b, אסטרונומים השיגו ספקטרום נוסף של הכוכב ברזולוציה גבוהה שצולמו על ידי טלסקופים קרקעיים שונים, וניסו להשתמש במהירות רדיאלית כדי לחשב את מסת כוכב הלכת. אבל הם המשיכו לעלות ריקים – בדיוק בגלל, כפי שהתברר, כוכב הלכת היה קל מדי מכדי לגלות משיכה כלשהי בכוכב שלו.
"בדרך כלל, די קל לזהות כוכבי לכת גדולים מכיוון שהם בדרך כלל מסיביים, ומובילים למשיכה גדולה בכוכב שלהם", מסביר דה ויט. "אבל מה שהיה מסובך בכוכב הלכת הזה היה שלמרות שהוא גדול – עצום – המסה והצפיפות שלו כל כך נמוכות שלמעשה היה קשה מאוד לזהות אותו רק בטכניקת המהירות הרדיאלית. זה היה טוויסט מעניין".
"(WASP-193b) הוא כל כך קל שלקח ארבע שנים לאסוף נתונים ולהראות שיש אות המוני, אבל הוא ממש ממש זעיר", אומר ברקאוי.
"בהתחלה קיבלנו צפיפויות נמוכות ביותר, שהיה מאוד קשה להאמין בהתחלה", מוסיף פוצואלוס. "חזרנו על התהליך של כל ניתוח הנתונים מספר פעמים כדי לוודא שזו הצפיפות האמיתית של כדור הארץ כי זה היה סופר נדיר."
עולם מנופח
בסופו של דבר, הצוות אישר שהכוכב אכן קל במיוחד. המסה שלו, כך חישבו, הייתה בערך 0.14 מזו של צדק. וצפיפותו, הנגזרת מהמסה שלו, יצאה לכ-0.059 גרם לסנטימטר מעוקב. יופיטר, לעומת זאת, הוא כ-1.33 גרם לסנטימטר מעוקב; וכדור הארץ הוא משמעותי יותר של 5.51 גרם לסנטימטר מעוקב. אולי החומר הקרוב ביותר בצפיפות לכוכב הלכת החדש והנפוח הוא צמר גפן מתוק, שצפיפותו היא כ-0.05 גרם לסנטימטר מעוקב.
"כוכב הלכת כל כך קל שקשה לחשוב על חומר אנלוגי במצב מוצק", אומר ברקאוי. "הסיבה לכך שזה קרוב לצמר גפן מתוק היא בגלל ששניהם עשויים בעיקר מגזים קלים ולא ממוצקים. כדור הארץ הוא בעצם סופר רך".
החוקרים חושדים שכוכב הלכת החדש עשוי ברובו ממימן והליום, כמו רוב ענקי הגז האחרים בגלקסיה. עבור WASP-193b, סביר להניח שהגזים הללו יוצרים אטמוספרה מנופחת מאוד המשתרעת עשרות אלפי קילומטרים רחוק יותר מהאטמוספירה של צדק עצמו. איך בדיוק כוכב לכת יכול להתנפח עד כה תוך שמירה על צפיפות אור-על היא שאלה ששום תיאוריה קיימת של היווצרות פלנטרית עדיין לא יכולה לענות עליה.
כדי לקבל תמונה טובה יותר של העולם הרך החדש, הצוות מתכנן להשתמש בטכניקה שפותחה בעבר דה ויט, כדי להפיק תחילה תכונות מסוימות של האטמוספירה של כוכב הלכת, כגון הטמפרטורה, הרכבו והלחץ שלו בעומקים שונים. לאחר מכן ניתן להשתמש במאפיינים אלה כדי לחשב במדויק את מסת כוכב הלכת. לעת עתה, הצוות רואה ב-WASP-193b מועמד אידיאלי למחקר המשך על ידי מצפה כוכבים כגון טלסקופ החלל ג'יימס ווב.
"ככל שהאטמוספירה של כוכב הלכת גדולה יותר, כך יותר אור יכול לעבור", אומר דה ויט. "אז ברור שכוכב הלכת הזה הוא אחד היעדים הטובים ביותר שיש לנו לחקר השפעות אטמוספריות. זו תהיה אבן רוזטה לנסות ולפתור את התעלומה של צדק נפוח".
מחקר זה מומן, בחלקו, על ידי אוניברסיטאות קונסורציום ומועצת מתקני המדע והטכנולוגיה של בריטניה עבור WASP; מועצת המחקר האירופית; פדרציית וואלוניה-בריסל; וקרן Heising-Simons, קולין ולסלי מאסון, ופיטר א. גילמן, תומכים בארטמיס ובטלסקופי SPECULOOS האחרים.
