צדקים חמים מאינטראקציות איטיות

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פלנטה המקיפה את הכוכב בניגוד לכיוון סיבובו של הכוכב סביב עצמו -- אילוסטרציה: לינט קוק

הגילוי של כוכב הלכת הראשון מחוץ למערכת השמש בשנת 1995 סימן עידן חדש של מחקר מאתגר. מאז התגלו יותר מ-500 כוכבי לכת נוספים (ועוד יותר מ-1000 מועמדים לכוכבי לכת התגלו לאחרונה ע"י טלסקופ קפלר). תצפיות אלו הראו כי המאפיינים של כוכבי הלכת נמצאים על קשת רחבה של פרמטרים. בפרט, זוהתה תת-אוכלוסיה של כוכבי לכת שגודלם ככגודל צדק הנמצאים במסלול מאוד קרוב לכוכב שלהם, ומכונים צדקים חמים ("Hot Jupiters"). לשם השוואה, זמן ההקפה של צדק הוא כ-12 שנים, בעוד שזמן ההקפה האופייני לצדקים אלו הוא ימים אחדים. אחת החידות הגדולות בתחום היא: כיצד נוצרו פלנטות אילו? באופן מפתיע, כ-25 אחוז מהצדקים החמים מקיפים את הכוכב שלהם במסלול שכיוונו הפוך לכיוון סיבוב הכוכב!

תכונה מפתיעה זו של צדקים חמים (Hot Jupiters), בדומה לתכונות אחרות של פלנטות אלה, עדיין לא הוסברה תיאורטית. לדוגמה, מודל אחד גורס שה-Hot Jupiters נוצרו הרחק מהשמש שלהם ולאט לאט נדדו לעברה תוך העברת תנע זויתי לדיסקת הגז והאבק הפרוטו-פלנטרית שמקיפה את הכוכב. כתוצאה מתהליך נדידה זה, מסלול הסיבוב של הפלנטה נעשה בעל מקדם אליפטיות נמוך ונטייה קטנה (כלומר, מסתובב קרוב מאוד לפני הדיסקה, במסלול כמעט למעגלי). אך התצפיות אינן עומדות בקנה אחד עם התיאוריה: לצדקים חמים רבים יש מסלול אליפטי ולכחצי מהצדקים החמים יש נטייה גדולה, ואינם מתואמים עם השמש שלהם. ויותר מכך, כפי שנאמר לעיל, חלקם אף מקיפים את הכוכב בכיוון הפוך לכיוון סיבובו סביב צירו.

מודלים רבים הוצעו בספרות על מנת לפתור את בעיה זו, אך לא נמצא מודל שנותן מענה לכל התצפיות.

איורהתהליך: שלב ראשון, תנאי התחלה, כוכב הלכת צדק נמצא במישור המשווני של הכוכב, הוא סובב את השמש באותו כיוון שבה השמש סובבת סביב עצמה. כוכב הלכת השני הגורם לדינמיקה לא נראה באיור
איורהתהליך: שלב שבו מסלולו של כוכב הלכת נמצא בנטיה יחסית קטנה מעל המישור המשווני ובמסלול אליפטי (באיור הושמט ציורו של כוכב הלכת והושאר המסלול, כיוון שחישוב הדינמיקה אין חשיבות למיקומו של כוכב הלכת במסלולו סביב הכוכב).

במחקר פורץ דרך שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature, מדווח צוות חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן באילינוי בראשותה של ד"ר סמדר נאוז על פתרון לתעלומה.

הצוות בנה מודל שבו כוכב הדומה לשמש, כוכב לכת שגודלו ככגודל צדק הנמצא רחוק מהכוכב (למעשה במיקומו של צדק), ואוביקט נוסף (עוד כוכב לכת או ננס חום) אשר נמצא רחוק אף יותר. כוחות הכבידה בין שני כוכבי הלכת משנים באופן הדרגתי ואיטי את האלפטיות והנטיה של כוכב הלכת הפנימי (צדק). כוחות הגרוויטציה הללו הנם חלשים מאוד, אולם האפקט המצטבר במשך מיליוני שנים נהייה בסופו של דבר משמעותי. על פני מילוני שנים, מסלולו של כוכב הלכת הפנימי (הצדק) מבצע תנודות בין שני מצבים: מצב אחד שבו הוא אליפטי, ובעל נטיה קטנה (קרוב למישור המשווני של השמש) ומצב שני, שבו הוא יותר מעגלי אך גם בנטיה מאוד גבוהה (מעל המישור המשווני של השמש). עם הזמן, שני המצבים נעשים יותר ויותר קיצניים: במצב הראשון המסלול הופך להיות יותר ויותר אליפטי (וקרוב למישור המשווני) והמצב השני נהייה יותר ויותר מעגלי ונטוי, עד שהוא כמעט מאונך למישור המשווני. במצב כזה, המסלול יכול (בכחמישים אחוז מהמקרים) "להתהפך": הנטייה עוברת את ה-90 מעלות. מסלולו של הצדק ממשיך לעבור בין שני המצבים, ולשנות את הנטייה והאליפטיות. כשמסלולו של כוכב הלכת הפנימי מאוד אליפטי הוא מבלה זמן רב קרוב לשמש, לעומת מצב בו מסלולו מעגלי. על כן כוחות גאות בין השמש וכוכב הלכת גורמים ל"תפיסתו" של כוכב הלכת הפימי ע"י השמש במסלול קרוב לשמש, ולמעשה בשלב זה כוכב הלכת החיצוני כבר לא משפיע על מסלולו של הפנימי. אם תפיסתו של כוכב הלכת הפנימי התרחשה לאחר שמסלולו התהפך, נוצר צדק חם בעל מסלול הפוך לכיוון הסיבוב של השמש.

הצוות אף ביצע מחקר סטטיסטי על מנת לאמוד את תדירות התופעה, ומצא כי המודל מתאים לתצפיות, ועל כן יש לשער כי מודל זה משחק תפקיד חשוב ביצירת צדקים חמים.

נספח: מודל כללי להווצרות מערכת שמש

אחת ההשערות המקובלות בתחום היא שמערכת השמש כולה, שמש ופלנטות, נוצרה מאותה דיסקה של גז ואבק. תוך כדי הקריסה נוצרת דיסקה שסובבת סביב הכוכב. הפלנטות נוצרות בתןך הדיסקה. מודל זה ליצירת פלנטות מוצע להסברת מערכות שמש באופן כללי, והוא מנבא מערכות שמש "מסודרות", קרי, מסלולים מעגליים, פלנטות הנמצאות במישור המשווני של השמש, ובנוסף, הוא מנבא כי הפלנטות יסבבו את השמש באותו כיוון שהשמש סובבת סביב עצמה. מודל זה יכול להסביר צדקים חמים. ענק גאזי צריך להווצר רחוק מהכוכב (מעבר לקו הקרח) היכן שניתן למצוא קרח אשר נצבר במהירות, וכך נוצרת ליבת קרח גדולה הנחוצה על מנת לצבור גזים כגון מימן והליום. אם ההוצרות של כוכב הלכת היא איטית מספיק והדיסקה הפרוטופלנטרית עדיין קיימת, אזי כוכב הלכת יכול לנדוד בדיסקה, ולהחליף תנע זויתי איתה, עד שהוא מגיע קרוב לשמש. מודל זה מנבא שוב מסלולים מעגליים הנמצאים במישור המשווני של השמש. כפי שנאמר התכונות הנצפות של צדקים חמים כלל אינן עומדות בקנה אחד עם תאוריה זו.

קישורים חיצוניים


מחברים

קרן שרון

סמדר נאוז