מחקר על כוכב הלכת האקסו-פלנט WASP-39b חשף את הצורך לכלול שדות מגנטיים של כוכבים במודלים כדי להתאים את התצפיות לתחזיות תיאורטיות, ולקדם באופן משמעותי את דיוק המחקר של כוכבי לכת. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
מתוך וריאציות הבהירות של הכוכב המארח שלו, an אקסופלנטניתן לקבוע את גודלו ומאפיינים אחרים. כדי למנוע טעויות, השדה המגנטי של הכוכב הוא הקובע.
במרחק של 700 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים בתולה, כוכב הלכת WASP-39b מקיף את הכוכב WASP-39. ענקית הגז, שלוקח קצת יותר מארבעה ימים להשלים מסלול אחד, הוא אחד מכוכבי הלכת החיצוניים הנחקרים ביותר.
זמן קצר לאחר הפעלתו ביולי 2022, טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א הפנה את מבטו ברמת הדיוק הגבוהה אל כוכב הלכת הרחוק. הנתונים חשפו עדויות לכמויות גדולות של אדי מים, של מתאן ואפילו, לראשונה, של פחמן דו חמצני באטמוספירה של WASP-39b. תחושה מינורית!
אבל עדיין יש זבוב אחד במשחה: החוקרים עדיין לא הצליחו לשחזר את כל הפרטים המכריעים של התצפיות בחישובי מודל. זה מפריע לניתוח מדויק עוד יותר של הנתונים. במחקר החדש בראשות ה-MPS, המחברים, כולל חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (ארה"ב), המכון למדע טלסקופ החלל (ארה"ב), אוניברסיטת קיל (בריטניה) ואוניברסיטת היידלברג (גרמניה), מראים דרך להתגבר על המכשול הזה.
אתגרים בפירוש נתוני כוכבי לכת
"הבעיות המתעוררות בעת פירוש הנתונים מ-WASP-39b ידועות מהרבה כוכבי לכת אחרים – ללא קשר אם הם נצפים עם קפלר, TESS, ג'יימס ווב, או חללית PLATO העתידית", מסבירה מדענית MPS ד"ר נאדיה קוסטוגריז, המחברת הראשונה של המחקר החדש. "כמו בכוכבים אחרים שמקיפים אותם כוכבי לכת, עקומת האור הנצפית של WASP-39 שטוחה יותר ממה שהדגמים הקודמים יכולים להסביר", היא מוסיפה.
כוכבים בעלי עוצמת שדה מגנטי נמוכה מציגים התכהות גפיים בולטת יותר מאלה עם שדה מגנטי חזק. זה משפיע על צורת עקומת האור. קרדיט: MPS / hormesdesign.de
חוקרים מגדירים עקומת אור כמדידה של בהירות כוכב לאורך תקופה ארוכה יותר. הבהירות של כוכב משתנה ללא הרף, למשל בגלל שהבהירות שלו נתונה לתנודות טבעיות. כוכבי לכת אקסו-כוכבים יכולים גם להשאיר עקבות בעקומת האור. אם כוכב לכת עובר לפני הכוכב שלו כפי שנראה על ידי צופה, הוא מעמעם את אור הכוכבים. זה משתקף בעקומת האור כירידה קבועה שחוזרת על עצמה בבהירות. הערכות מדויקות של עקומות כאלה מספקות מידע על גודלו ותקופת ההקפה של כוכב הלכת. חוקרים יכולים גם לקבל מידע על הרכב האטמוספירה של כוכב הלכת, אם האור מהכוכב יתפצל לאורכי הגל או הצבעים השונים שלו.
מבט מקרוב על התפלגות הבהירות של כוכב
איבר של כוכב, קצה דיסקת הכוכבים, ממלא תפקיד מכריע בפירוש עקומת האור שלו. בדיוק כמו במקרה של השמש, האיבר נראה כהה יותר למתבונן מהאזור הפנימי. עם זאת, הכוכב אינו זורח פחות בבהירות יותר החוצה. "מכיוון שהכוכב הוא כדור ופני השטח שלו מעוקלים, אנו מסתכלים לתוך שכבות גבוהות יותר ולכן קרירות יותר בגפה מאשר במרכז", מסביר מחבר שותף ומנהל MPS פרופ' ד"ר לורן גיזון. "לכן האזור הזה נראה לנו אפל יותר", הוא מוסיף.
ידוע כי התכהות הגפה משפיעה על הצורה המדויקת של האות האקסו-פלנטה בעקומת האור: העמעום קובע באיזו תלולה יורדת בהירות הכוכב במהלך מעבר פלנטרי ואז עולה שוב. עם זאת, לא ניתן היה לשחזר נתונים תצפיתיים במדויק באמצעות מודלים קונבנציונליים של אטמוספירת הכוכבים. הירידה בבהירות הייתה תמיד פחות פתאומית ממה שהציעו חישובי המודל. "היה ברור שחסר לנו חלק מכריע בפאזל כדי להבין במדויק את האות של כוכבי לכת", אומר מנהל MPS פרופ' ד"ר סמי סולנקי, מחבר שותף במחקר הנוכחי.
שדה מגנטי הוא החלק החסר בפאזל
כפי שמראה החישובים שפורסמו היום, החלק החסר בפאזל הוא השדה המגנטי הכוכבי. כמו השמש, כוכבים רבים יוצרים שדה מגנטי עמוק בפנים שלהם באמצעות זרימות אדירות של חם פְּלַסמָה. בפעם הראשונה, החוקרים הצליחו כעת לכלול את השדה המגנטי במודלים שלהם להתכהות הגפיים. הם יכולים להראות שלחוזק השדה המגנטי יש השפעה חשובה: התכהות הגפה בולטת בכוכבים בעלי שדה מגנטי חלש, בעוד שהיא חלשה יותר באלה עם שדה מגנטי חזק.
החוקרים הצליחו גם להוכיח שהפער בין נתוני תצפית לחישובי מודל נעלם אם השדה המגנטי של הכוכב נכלל בחישובים. לשם כך, הצוות פנה לנתונים נבחרים מ נאס"אטלסקופ החלל קפלר שלכד את אורם של אלפי ואלפי כוכבים משנת 2009 עד 2018. בשלב ראשון, המדענים עיצבו את האטמוספירה של כוכבי קפלר טיפוסיים בנוכחות שדה מגנטי. בשלב שני, לאחר מכן הם יצרו נתוני תצפית "מלאכותיים" מהחישובים הללו. בהשוואה לנתונים האמיתיים שהראו, על ידי הכללת השדה המגנטי, נתוני קפלר משוכפלים בהצלחה.
הצוות גם הרחיב את שיקוליו לנתונים מה- טלסקופ החלל ג'יימס ווב. הטלסקופ מסוגל לפצל את אורם של כוכבים רחוקים לאורכי הגל השונים שלו ובכך לחפש את הסימנים האופייניים של מולקולות מסוימות באטמוספירה של כוכבי הלכת שהתגלו. כפי שמתברר, השדה המגנטי של כוכב האם משפיע על איבר הכוכבים שמתכהה בצורה שונה באורכי גל שונים – ולכן יש לקחת אותו בחשבון בהערכות עתידיות כדי להשיג תוצאות מדויקות עוד יותר.
מטלסקופים ועד דגמים
"בעשורים ובשנים האחרונות, הדרך להתקדם בחקר כוכבי הלכת הייתה לשפר את החומרה, טלסקופי החלל שנועדו לחפש ולאפיין עולמות חדשים. טלסקופ החלל ג'יימס ווב דחף את הפיתוח הזה לגבולות חדשים", אומר ד"ר אלכסנדר שפירו, מחבר שותף של המחקר הנוכחי וראש קבוצת מחקר במימון ERC ב-MPS. "השלב הבא הוא כעת לשפר ולחדד את המודלים כדי לפרש את הנתונים המצוינים האלה", הוא מוסיף.
כדי לקדם עוד יותר התפתחות זו, החוקרים רוצים כעת להרחיב את הניתוחים שלהם לכוכבים ששונים בבירור מהשמש. בנוסף, הממצאים שלהם מציעים את האפשרות להשתמש בעקומות האור של כוכבים עם כוכבי לכת חיצוניים כדי להסיק את עוצמת השדה המגנטי הכוכבי, שלעיתים קרובות קשה למדידה.
