טלסקופ החלל ג'יימס ווב לוכד את השלבים האחרונים של היווצרות כוכב הלכת

כמה זמן יש לכוכבי לכת להיווצר מדיסק מסתחרר של גז ואבק סביב כוכב? מחקר חדש בראשות אוניברסיטת אריזונה נותן למדענים מושג טוב יותר כיצד נוצרה מערכת השמש שלנו.

מדענים מאמינים שמערכות פלנטריות כמו מערכת השמש שלנו מכילות יותר עצמים סלעיים מאלה העשירים בגז. מסביב לשמש שלנו, אלה כוללים את כוכבי הלכת הפנימיים – מרקורי, וֵנוּסכדור הארץ ו מַאְדִים – חגורת האסטרואידים ואובייקטים של חגורת קויפר כגון פלוטו.

צדק, שַׁבְתַאִי, אוּרָנוּסו נפטון, לעומת זאת, מכילים בעיקר גז. אבל מדענים גם יודעים מזה זמן רב שדיסקות יוצרות כוכבי לכת מתחילות עם מסה גדולה פי 100 בגז מאשר במוצקים, מה שמוביל לשאלה דחופה: מתי ואיך רוב הגז עוזב מערכת פלנטרית בהתהוות?

חשיפת סודות הדיסק הפלנטרי

מחקר חדש בראשות נמן בג'אג' במעבדת הירח והפלנטר של אוניברסיטת אריזונה, שפורסם ב- כתב עת אסטרונומי, מספק תשובות. משתמש ב טלסקופ החלל ג'יימס וובאו JWST, הצוות השיג תמונות ממערכת פלנטרית בהתהוות כזו – הידועה גם בשם דיסק מקיף – בתהליך של פיזור אקטיבי של הגז שלו לחלל שמסביב.

"הידיעה מתי הגז מתפזר חשובה מכיוון שהיא נותנת לנו מושג טוב יותר על כמה זמן יש לכוכבי לכת גזיים לצרוך את הגז מסביבתם", אמר באג'אג', דוקטורנט שנה שנייה במעבדת הירח והכוכבים של UArizona. "עם הצצות חסרות תקדים לדיסקים האלה המקיפים כוכבים צעירים, מקומות הולדתם של כוכבי לכת, JWST עוזר לנו לחשוף כיצד נוצרים כוכבי לכת."

תהליך היווצרות פלנטרית

בשלבים המוקדמים מאוד של היווצרות מערכת כוכבי הלכת, כוכבי הלכת מתלכדים בדיסק מסתובב של גז ואבק זעיר סביב הכוכב הצעיר, לפי בג'אג'. חלקיקים אלה מתקבצים יחד, מצטברים לגושים גדולים יותר ויותר הנקראים פלנטזימלים. עם הזמן, הפלנטזימלים הללו מתנגשים ונצמדים זה לזה, ובסופו של דבר יוצרים כוכבי לכת. סוג, גודל ומיקומם של כוכבי לכת שנוצרים תלויים בכמות החומר הזמין וכמה זמן הוא נשאר בדיסק.

"לכן, בקיצור, התוצאה של היווצרות כוכב לכת תלויה באבולוציה ופיזור של הדיסק", אמר בג'אג'.

בליבה של תגלית זו עומדת התצפית על T Cha, כוכב צעיר – יחסית לשמש, שגילו כ-4.6 מיליארד שנים – העטוף בדיסק מקיף כוכבי נשחק הבולט בפער אבק עצום, המשתרע על פני כ-30 יחידות אסטרונומיות, או au, כאשר au אחד הוא המרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש.

בג'אג' וצוותו הצליחו, בפעם הראשונה, לדמיין את רוח הדיסק, כפי שמכונה הגז כשהוא עוזב באיטיות את הדיסק היוצר כוכב לכת. האסטרונומים ניצלו את רגישות הטלסקופ לאור הנפלט על ידי א אָטוֹם כאשר קרינה עתירת אנרגיה – למשל באור כוכבים – מפשיטה אלקטרונים אחד או יותר מהגרעין שלו. זה ידוע בשם יינון, והאור הנפלט בתהליך יכול לשמש כמעין "טביעת אצבע" כימית – במקרה של מערכת T Cha, מתחקה אחר שני גזים אצילים, ניאון וארגון. התצפיות מסמנות גם את הפעם הראשונה שבה זוהתה יינון כפול של ארגון בדיסק יוצרת כוכבי לכת, כותב הצוות בעיתון.

"חתימת הניאון בתמונות שלנו אומרת לנו שרוח הדיסק מגיעה מאזור מורחב הרחק מהדיסק", אמר בג'אג'. "הרוחות הללו יכולות להיות מונעות או על ידי פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה – בעצם האור הזורם מהכוכב – או על ידי השדה המגנטי שנשזר דרך הדיסק היוצר כוכב לכת."

השפעות כוכבים ודיסקים מתפתחים

במאמץ להבדיל בין השניים, אותה קבוצה, הפעם בראשות אנדרו סלק, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ליידן בהולנד, ביצעה סימולציות של הפיזור המונע על ידי פוטונים כוכביים, האור העז שזורם מהכוכב הצעיר. הם השוו הדמיות אלה לתצפיות בפועל ומצאו כי פיזור על ידי פוטונים כוכבים בעלי אנרגיה גבוהה יכול להסביר את התצפיות, ולכן לא ניתן לשלול זאת כאפשרות. מחקר זה הגיע למסקנה שכמות הגז המתפזרת מדיסקת T Cha מדי שנה שווה לזו של ירח כדור הארץ. תוצאות אלו יפורסמו במאמר נלווה, הנבדק כעת עם ה- Astronomical Journal.

אמנם חתימות ניאון זוהו בעצמים אסטרונומיים רבים אחרים, אך לא נודע כי מקורן בדיסקים היוצרים כוכבי לכת בעלי מסה נמוכה עד שהתגלו לראשונה בשנת 2007 עם קודמו של JWST, נאס"אטלסקופ החלל שפיצר, מאת אילריה פסקוצ'י, פרופסור ב-LPL שזיהה אותם עד מהרה כחותם של רוחות דיסק. הממצאים המוקדמים הללו שינו את מאמצי המחקר שהתמקדו בהבנת פיזור גזים מדיסקות סביב הכוכבים. Pascucci הוא החוקר הראשי של פרויקט התצפית האחרון ומחבר שותף בפרסומים המדווחים כאן.

"הגילוי שלנו של פליטת ניאון שנפתרה במרחב – והזיהוי הראשון של ארגון מיונן כפול – באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב יכול להפוך לצעד הבא לקראת שינוי ההבנה שלנו כיצד גז מתנקה מתוך דיסק יוצרת כוכב לכת", אמר פסצ'י. "תובנות אלו יעזרו לנו לקבל מושג טוב יותר על ההיסטוריה וההשפעה על מערכת השמש שלנו."

בנוסף, הקבוצה גם גילתה שהדיסק הפנימי של T Cha מתפתח בטווחי זמן קצרים מאוד של עשרות שנים; הם גילו שהספקטרום שנצפה על ידי JWST שונה מהספקטרום המוקדם יותר שזוהה על ידי שפיצר. לדברי Chhengyan Xie, דוקטורנט שנה שנייה ב-LPL שמוביל את העבודה המתקדמת הזו, אי-התאמה זו יכולה להיות מוסברת על ידי דיסק קטן וא-סימטרי בתוך T Cha שאיבד חלק מהמסה שלו ב-17 השנים הקצרות. חלף בין שתי התצפיות.

"יחד עם המחקרים האחרים, זה גם מרמז שהדיסק של T Cha נמצא בסוף האבולוציה שלו", אמר שי. "אולי נוכל לחזות בהתפזרות של כל מסת האבק בדיסק הפנימי של T Cha במהלך חיינו."

למידע נוסף על מחקר זה, ראה רוחות גלקטיות של שינוי שנלכדו על ידי טלסקופ החלל Webb.

מחברים שותפים לפרסומים כוללים את אומה גורטי עם מכון SETI, ריצ'רד אלכסנדר עם אוניברסיטת לסטר, ג'יין מוריסון ואנדרס גאספר עם מצפה הכוכבים של UArizona, קאת'י קלארק עם אוניברסיטת קיימברידג', ג'וליה בלביו עם אימפריאל קולג' לונדוןודינגשאן דנג עם המעבדה הירחי והפלנטרית.