התגלה עצם בחגורת קייפר באמצעות ליקוי

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

בגיליון כתב העת Nature של ה-17 בדצמבר 2009 התפרסם מאמר המתאר גילוי ראשון מסוגו של עצם בקוטר של כחצי ק"מ בחגורת קייפר. עצם זה קטן בשני סדרי גודל מכל עצם אחר שהיה ידוע באזור זה בשולי מערכת השמש. הגילוי נעשה באמצעות חיפוש ליקויים (מקריים) של כוכבים ע"י עצמים בחגורת קייפר בארכיון התצפיות של טלסקופ החלל ע"ש האבל. העובדה שעד כה גילו החוקרים רק עצם אחד כזה רומזת לכך שהעצמים הגדולים בחגורת קוויפר נהרסים בהתנגשויות.

המחקר התבצע ע"י חוקרים אמריקאים וישראלים. חמישה חוקרים ממוצא ישראלי שותפים במחקר: פרופ' ראם סרי מהאוניברסיטה העברית, מנחה עבודת הדוקטורט של הילקה שליכטינג שהובילה את המחקר, ד"ר ערן אופק מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, ד"ר אבישי גל-ים ממכון ויצמן למדע, פרופ' שי צוקר מאוניברסיטת תל-אביב ופרופ' מריו ליביו מהמכון המדעי של טלסקופ החלל ע"ש האבל.

רקע

חגורת קייפר היא אזור המצוי מעבר למסלולו של נפטון, במרחק של בין כ 30 לכ 50 יחידות אסטרונומיות מהשמש (כ-150 מליון ק"מ, המרחק שבין כדור הארץ והשמש). חגורת קייפר מכילה גופים קטנים וכוכבי לכת ננסיים (ראו גם: אסטרואידים ושביטים) במסה כוללת של בין אחוז אחד ל-10% ממסתו של כדור הארץ. החגורה מורכבת מעצמים שעשויים מסלעים וקרח, הנחשבים שרידים של מערכת השמש הקדומה.


בשנת 1930 התגלה פלוטו, שבאותה עת היה העצם הרחוק ביותר במערכת השמש. פלוטו זכה למעמד של כוכב לכת, מעמד שאותו איבד בשנת 2006 (ראו: הגדרה לכוכבי הלכת). מספר חודשים לאחר גילוי של פלוטו כתב האסטרונום פרדריק לאונרד (Frederick Leonard) כי נראה שאין עצמים נוספים מעבר למסלולו של פלוטו. עשור מאוחר יותר, בשנת 1943, הציע קנת' אדג'וורט' (Kenneth Edgeworth) כי "הערפילית הסולרית" (ראו: היווצרות מערכת השמש) היתה דלילה מדי מעבר למסלול של נפטון ועל כן לא יצרה כוכבי לכת גדולים באזור זה, אולם יתכן כי נוצרו בה גופים קטנים רבים. בשנת 1951 האסטרונום ג'רארד קייפר (Gerard Kuiper) חזר על הצעתו של אדג'וורט' וזאת על סמך העובדה כי אם ממשיכים את הקשר המדוד בין מסת כוכבי הלכת למרחקם מהשמש, מתברר כי "אמורה" להיות מסה נכבדת, בשעור של כ-30 פעמים מסות כדור הארץ במרחק של כ-30 לכ-50 יחידות אסטרונומיות מהשמש. בעותה עת שיערו שמסתו של פלוטו היא כמסת כדור הארץ (כיום אנו יודעים כי מסתו של פלוטו היא רק 0.2% ממסתו של כדור הארץ). על כן העריך קייפר כי מסתו של פלוטו גדולה מספיק על מנת להפריע את מסלוליהם של גופים הנמצאים באזור זה ועל כן העריך קייפר שכיום לא יוותרו שרידים רבים מאותה "חגורת אסטרואידים וגופי קרח" מעבר למסלולו של נפטון.

שתי עובדות שינו תפיסה זו. ראשית ההבנה שמסתו של פלוטו קטנה מאד ויתכנו מסלולים יציבים באזור זה במערכת השמש. וחשוב מזה, בשנת 1992 התגלה העצם הראשון (מלבד פלוטו) במסלולו מעבר לזה של כוכב הלכת נפטון. העצם שזכה לשם 1992 QB1. מאז גילוי זה התגלו באזור זה של מערכת השמש למעלה מאלף גופים. הגדול מבין גופים אלו הינו כוכב הלכת הננסי אריס (שהוא אף גדול יותר מפלוטו).

התפלגות גודל הגופים בחגורת קייפר עשויה ללמדנו רבות על התהליכים שיצרו ועיצבו את חגורת קייפר, על כן למדענים יש עניין רב במציאת גופים קטנים מאד בחגורת קייפר וחקר התכונות שלהם.

בעצמים בחגורת קייפר שגודלם פחות מכ 50 ק"מ לא ניתן לצפות ישירות באמצעות טלסקופ. עם זאת, ניתן בעקרון לגלותם כאשר הם מסתירים כוכבים מרוחקים. בעבר כבר דווח על גילויים של עצמים כאלה, אך גילויים אלה לא נחשבו מאוד אמינים בגלל בעיות שונות בתהליך המדידה ובתוצאות עצמן.

הגילוי

עקומת האור של הכוכב שעבר ליקוי כתוצאה מהסתרה ע"י עצם בחגורת קייפר. הקווים השחורים מייצגים את המדידות (והשגיאות), הקו המקווקו מראנ את המודל והנקודות הסגולות מייצגות את המודל לאחר שנדגם מחדש באותו אופן שבו נדגמות המדידות. העליות והירידות בעקומת האור התאורטית נובעות כתוצאה מתופעת העקיפה הנובעת מטבעו הגלי של האור.
התפלגות הגדלים של עצמים בחוגורת קייפר. מדידת שכיחות העצמים ע"י המדידה החדשה מוצגת בקווים אדומים.

במחקר הנוכחי השתמשו החוקרים, בראשות תלמידת המחקר הילקה שליכטינג, מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech), במאגר נתונים הנדסי-ארכיוני של מצלמת העקיבה (Fine Guidance Sensors או בקיצור FGS) של טלסקופ החלל ע"ש האבל. ייעודו העיקרי של המכשיר הוא הנדסי: המכשיר צופה בכוכבים שנבחרו מראש על מנת לאפשר כוון מדויק ועקיבה של הטלסקופ. התכונה החשובה ביותר של מכשיר זה שאיפשרה את הגילוי היא שהוא מודד את עוצמת אור הכוכבים במהירות של 40 פעמים בשנייה. חשיבות תכונה זו נובעת מכך שליקוי אופייני של כוכב ע"י עצם בחגורת קייפר אורך כעשירית שנייה.

עם השנים הצטבר מאגר גדול של תצפיות העזר הללו. שליכטינג ועמיתיה סרקו את המאגר בחיפוש אחר החתימה האופיינית לאירועים שבהם עצם קטן בחגורת קייפר מסתיר את אחד הכוכבים שבהם צפה ה-FGS (ראו עקומת אור משמאל). שיטת החיפוש מתאימה במיוחד לגילוי עצמים בחגורת קייפר שגודלם כמה מאות מטרים. התכסויות מסוג זה הינן נשלטטת ע"י תופעות עקיפה הנובעות מטיבו הגלי של האור והן מאופינות בשינויים מורכבים (אך מובנים היטב) בעוצמת האור של הכוכב כתלות בזמן.

העצם שגילו החוקרים הוא בגודל של כ-500 מטרים, והוא נמצא במרחק של כ-45 יחידות אסטרונומיות מהשמש. עד כה סרקו החוקרים נתונים שהצטברו במשך כ-4.5 שנים. העובדה שבינתיים הם גילו רק אירוע אחד של הסתרה מאששת תיאוריות על פיהן העצמים הקטנים יותר בחגורת קייפר נהרסים ע"י התנגשויות, תהליך המתאים גם להסביר תצפיות על חומר מסביב לכוכבים אחרים.

יש לציין כי קיים סיכוי של 2% אחוז כי הליקוי נגרם ע"י "פלקטואציה סטטיסטית", אך התוצאה החזקה ביותר של עבודה זו הינה כי ליקויים ע"י עצמים בחגורת קייפר הינם נדירים ועל כן התנגשויות הן המעצבות את התפלגות גודל העצמים בחגורת קייפר. המשך המחקר יאפשר לקבוע האם גופים קטנים בחגורת קייפר מוחזקים ע"י חוזק החומר או ע"י כח הכבידה.

באיור התחתון משמאל מוצגים האילוצים השונים על התפלגות הגודל של עצמים בחגורת קייפר.

ראו גם

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית


מחברים


שי צוקר, ערן אופק