ידענים: חלל ואסטרונומיה | טלסקופ החלל קפלר | כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש

מאת 20 ביוני 2017 תגובה אחת

כוכבי הלכת החדשים דורשים עדיין אימות נוסף כדי שיוגדרו בוודאות ככאלה. מתוכם, 10 הינם דמויי ארץ שמקיפים את הכוכב שלהם במרחק המתאים, שבו יכולים להתקיים מים נוזליים. החוקרים הבחינו גם שבקרב כוכבי לכת שאינם ענקי גזים, יש פער ברור שמחלק אותם לשני סוגים מובדלים: כוכבי לכת סלעיים, עם גודל של עד 1.75 הקוטר של כדור הארץ, וכאלו שקטנים מעט יותר מנפטון, ומכונים "מיני-נפטונים".

קטלוג חדש שמבוסס על נתוני טלסקופ החלל קפלר, מצא 219 מועמדים נוספים לכוכבי לכת. מתוכם, 10 כוכבי לכת דמויי ארץ מקיפים את הכוכב שלהם ב"אזור הישיב", כזה שנמצא במרחק שמאפשר למים נוזליים להתקיים על פני השטח. אילוסטרציה: NASA/JPL-Caltech.

קטלוג חדש שמבוסס על נתוני טלסקופ החלל קפלר, מצא 219 מועמדים נוספים לכוכבי לכת. מתוכם, 10 כוכבי לכת דמויי ארץ מקיפים את הכוכב שלהם ב"אזור הישיב", כזה שנמצא במרחק שמאפשר למים נוזליים להתקיים על פני השטח. אילוסטרציה: NASA/JPL-Caltech.

במסיבת עיתונאים שנערכה אתמול במרכז המחקר איימס של נאס"א בעמק הסיליקון בקליפורניה, סוכנות החלל הכריזה על קטלוג חדש של 4,034 מועמדים לכוכבי לכת חוץ-שמשיים, שהתגלו על ידי טלסקופ החלל קפלר. 2,335 מתוכם זוהו בוודאות ככוכבי לכת, והשאר דורשים אימות נוסף, כדי לשלול את האפשרות שגורם אחר השפיע על המדידות של טלסקופ החלל.

הקטלוג החדש, שמתבסס על נתונים שהטלסקופ אסף במהלך המשימה הראשית שלו (2009 – 2013), מוסיף 219 מועמדים לכוכבי לכת, לאלו שכבר היו ידועים מקטלוגים קודמים. מתוכם, 10 כוכבי לכת הם דמויי ארץ שמקיפים את הכוכב שלהם ב"אזור הישיב", כזה שנמצא במרחק מהכוכב שמאפשר למים נוזליים להתקיים על פני השטח. מיקומם במרחק המתאים, עם זאת, לא מבטיח שאכן יש עליהם מים נוזליים, שכן תנאים נוספים, כמו קיומה של אטמוספירה נכונה, נדרשים לשם כך.

עשרת כוכבי הלכת דמויי הארץ החדשים מתווספים ל-40 נוספים שדומים לכדור הארץ בגודל ונמצאים באזור הישיב. מתוך 50 המועמדים הללו, 30 אומתו בוודאות ככוכבי לכת. כוכבי לכת אלו ישמשו חוקרים בעתיד כמוקדים לחיפוש סימנים לחיים מחוץ לכדור הארץ.

כוכב הלכת הדומה ביותר לכדור הארץ, מבין כוכבי הלכת החדשים, הוא KOI 7711 (קיצור של Kepler object of interest). אמנם זיהויו עדיין לא אומת באופן סופי, אך החוקרים מסרו שהרדיוס שלו הוא רק פי 1.3 מזה של כדור הארץ, והוא נמצא במסלול דומה לזה של כדור הארץ, סביב כוכב שדומה לשמש שלנו.

טלסקופ החלל קפלר הוא המשימה הפורה ביותר עד כה בחיפוש אחר כוכבי לכת חוץ שמשיים, ולדברי חוקרי נאס"א, 80% מכלל כוכבי הלכת החוץ-שמשיים שהתגלו – התגלו על ידי קפלר. השאר התגלו על ידי טלסקופי חלל אחרים ומצפי כוכבים קרקעיים.

הקטלוג החדש כולל 4,034 מועמדים לכוכבי לכת שהתגלו על ידי קפלר. 2,335 מתוכם אומתו בוודאות כוכבי לכת, ונשללה אפשרות שגורם אחר השפיע על מדידות קפלר. כוכבי הלכת בתרשים מסודרים בציר האנכי לפי הגודל שלהם ביחס לכדור הארץ, ובציר האופקי לפי משך הקפה אחת שלהם סביב כוכב האם שלהם. צבע כחול מסמל כוכבי לכת שהיו ידועים כבר מקטלוגים קודמים של תצפיות קפלר, וצהוב מסמל את כוכבי הלכת החדשים. מקור: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel.

הקטלוג החדש כולל 4,034 מועמדים לכוכבי לכת שהתגלו על ידי קפלר. 2,335 מתוכם אומתו בוודאות כוכבי לכת, ונשללה אפשרות שגורם אחר השפיע על המדידות. כוכבי הלכת בתרשים מסודרים בציר האנכי לפי הגודל שלהם ביחס לכדור הארץ, ובציר האופקי לפי משך ההקפה סביב הכוכב שלהם. צבע כחול מסמל כוכבי לכת שהיו ידועים כבר מקטלוגים קודמים של תצפיות קפלר, וצהוב מסמל את כוכבי הלכת החדשים. מקור: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel.

קפלר מזהה כוכבי לכת חוץ שמשיים באמצעות "שיטת הליקוי", שיטת גילוי לא-ישירה, בה נמדדת בדיוק רב עוצמת האור של הכוכב. עמעום ברווחי זמן קבועים ורצופים מלמד על כך שגוף כלשהו – כוכב לכת – מקיף את הכוכב ומסתיר מעט מאורו.

לפי נאס"א, הקטלוג החדש הוא המקיף והמפורט ביותר שנערך מהמידע הגולמי שאסף קפלר. כדי לבדוק שלא פוספסו כוכבי לכת, החוקרים הוסיפו ליקויים מלאכותיים לאנליזה של המידע, ובדקו כמה מהם זוהו ככוכבי לכת. בנוסף, כדי לקבוע את אמינות הזיהוי, הם הוסיפו לאנליזה נתונים מטעים שדומים לליקוי של כוכב לכת, ובדקו כמה פעמים הם זוהו באופן שגוי ככוכבי לכת.

כוכבי לכת שדומים לכדור הארץ לא רק בגודל, אלא גם בכוכב האם

כמחצית מעשרת כוכבי הלכת דמויי הארץ החדשים שהתגלו מקיפים כוכב שדומה לשמש שלנו (כוכב מסוג G). בכך, הקטלוג החדש מצליח לסגור מעט את הפער שנוצר בקטלוגים קודמים של מועמדי קפלר, בהם רוב הפלנטות דמויות הארץ באזור הישיב התגלו סביב ננסים אדומים, כוכבים קטנים הרבה יותר מהשמש שלנו.

ננסים אדומים מהווים את הרוב המכריע של כוכבים ביקום. מכיוון שעוצמת הקרינה שלהם חלשה יותר, האזור הישיב שלהם קרוב אליהם הרבה יותר מזה של כוכבים כמו השמש שלנו. מצד אחד, הדבר מקל על טלסקופים כמו קפלר לאתר סביבם כוכבי לכת קטנים בגודל של כדור הארץ, מכיוון שהליקוי שהם יוצרים חזק יותר ומתרחש בתדירות רבה (בשל משך הקפה קצר מאד, שלעתים אורך ימים ספורים). מצד שני, יש חוקרים שסבורים שהקרבה הרבה לכוכב האם מקטינה את הסיכוי שחיים יוכלו להתפתח עליהם.

תרשים המציג כוכבי הלכת דמויי הארץ שטלסקופ החלל קפלר גילה, שמקיפים את הכוכב שלהם באזור הישיב - במרחק שמאפשר באופן תיאורטי למים להתקיים על פני השטח. כוכבי הלכת מסודרים בציר האנכי לפי טמפרטורת הכוכב אותו הם מקיפים, ועל הציר האופקי לפי כמות הקרינה שהם מקבלים מהכוכב שלהם. העיגולים הצהובים הבהירים מציינים את כוכבי הלכת החדשים שהקטלוג מצא מנתוני קפלר, בעוד הצהובים הדהויים מציינים מועמדים מקטלוגים קודמים. העיגולים כחולים הם כאלו שזוהו ואומתו על ידי תצפיות נוספות מעבר לקפלר. גודל העיגולים מציין את הרדיוס של כוכבי הלכת, ולשם השוואה ניתן לראות בתרשים גם את כדור הארץ, מאדים ונוגה. מקור: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel.

תרשים המציג את כוכבי הלכת שקפלר גילה, שקרובים לכדור הארץ בגודלם ומקיפים את הכוכב שלהם באזור הישיב – במרחק שמאפשר, באופן תיאורטי, למים להתקיים על פני השטח. כוכבי הלכת מסודרים בציר האנכי לפי טמפרטורת הכוכב אותו הם מקיפים, ועל הציר האופקי לפי כמות הקרינה שהם מקבלים מהכוכב שלהם. צהוב בהיר מציין את כוכבי הלכת החדשים שהקטלוג מצא מנתוני קפלר, צהוב דהוי מציין מועמדים מקטלוגים קודמים, וככחול מציין כאלו שזיהויים אומת בוודאות. גודל העיגולים מציין את הרדיוס של כוכבי הלכת, ולשם השוואה ניתן לראות בתרשים גם את כדור הארץ, מאדים ונוגה. מקור: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel.

חלק מכוכבי הלכת החדשים שהתגלו, כאמור, דומים לכדור הארץ לא רק בגודל, אלא גם בכוכב האם שאותו הם מקיפים. "סט הנתונים הזה של קפלר הינו ייחודי, שכן הוא היחיד שמכיל אוכלוסייה של אנלוגים של כדור הארץ – כוכבי לכת שהם בערך באותו הגודל והמסלול של כדור הארץ", אמר מריו פרז, מדען במשימת קפלר.

"הקטלוג הזה, שנמדד בקפידה, הינו הבסיס למענה ישיר לאחת השאלות הדוחקות ביותר באסטרונומיה – כמה פלנטות כמו כדור הארץ קיימים בגלקסיה?", הוסיפה סוזן תומפסון, מדענית במשימת קפלר והחוקרת הראשית בצוות שהכין את הקטלוג.

נתגלה פער ברור בין כוכבי לכת ארציים ומיני-נפטונים

במסיבת העיתונאים שערכה נאס"א אתמול, הוכרזו גם תוצאות של מחקר נוסף שהתבסס על נתוני קפלר. המחקר החדש מצא שרוב כוכבי הלכת שקפלר גילה מתחלקים לשני סוגי גדלים שונים – כוכבי לכת ארציים שדומים לכדור הארץ בגודלם, וכאלו שגודלם קטן מעט מזה של כוכב הלכת נפטון (שגודלו פי 4 מזה של כדור הארץ). קפלר גילה מעט מאד כוכבי לכת בפער שבין שתי הקבוצות.

"זוהי חלוקה מרכזית חדשה בעץ משפחת כוכבי הלכת, שדומה בחשיבותה לגילוי שיונקים וזוחלים הם ענפים נפרדים בעץ החיים", הסביר אנדרו הווארד, פרופסור לאסטרונומיה במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק), והמדען הראשי של המחקר.

איור המציג את הסוגים העיקריים של כוכבי לכת שידועים לחוקרים, שנוצרים כולם מדיסקת גז קדם-פלנטרית. משמשאל לימין - ככבי לכת ארציים, כמו כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים; מיני-נפטונים, שלא קיימים במערכת השמש שלנו, אך קפלר מצא שהם נפוצים מאד ביקום; ענקי גז, כמו צדק. מקור: NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech/Tim Pyle.

איור המציג את הסוגים העיקריים של כוכבי לכת שידועים לחוקרים, שנוצרים כולם מדיסקת גז קדם-פלנטרית (במעלה האיור). משמשאל לימין – כוכבי לכת ארציים כמו כדור הארץ ו"סופר כדורי-ארץ"; מיני-נפטונים, שלא קיימים במערכת השמש שלנו, אך קפלר מצא שהם נפוצים מאד ביקום; וענקי גז, כמו צדק. מקור: NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech/Tim Pyle.

אסטרונומים ידעו עד כה, מהתגליות של קפלר ומצפים נוספים, שרוב כוכבי הלכת שאינם ענקי גזים כמו צדק, נעים בגודל שבין כדור הארץ ונפטון. אולם הגודל המדויק של כוכבי הלכת ה"קטנים" יותר לא היה ידוע, והחוקרים התקשו לקבוע כיצד הם מתפלגים בתוך הרווח הזה: כמה כוכבי לכת דומים יותר לנפטון, וכמה דומים יותר לכדור הארץ.

המחקר החדש ניסה לענות על השאלה הזו, באמצעות קביעת גודלם המדויק של כ-2,000 כוכבי לכת חוץ-שמשיים, שהתגלו על ידי קפלר. צוות החוקרים מקאלטק, ביחד עם חוקרים נוספים מרחבי ארצות הברית, הסתייע בתצפיות עוקבות של מצפה הכוכבים קק בהוואי. על ידי מדידת הגודל המדויק של כוכבי האם של כוכבי הלכת, החוקרים הצליחו לקבוע את גודלם בדיוק שגדול פי 4 ממדידות קודמות.

בזכות המדידות החדשות, החוקרים הבחינו בפער ברור בתוך קבוצת כוכבי הלכת הקטנים יותר, ושהם מתחלקים לשתי קבוצות מובדלות. קבוצה אחת היא של כוכבי לכת סלעיים, עם קוטר של עד 1.75 זה של כדור הארץ. גודל כוכבי הלכת בקבוצה השנייה נע בין פי 2 ל-3.5 זה של כדור הארץ. הם זכו לכינוי "מיני-נפטונים", עקב היותם קטנים מעט יותר מנפטון, שגודלו בערך פי 4 מזה של כדור הארץ.

החוקרים מעריכים שגם ל"מיני-נפטונים" יש אטמוספירה צפופה וגדולה של גז מימן והליום, כמו לנפטון ולענקי גזים, אך המסה שלהם לא גדולה בהרבה מהמסה של כוכבי הלכת הארציים. מיני-נפטונים אלו נפוצים מאד ביקום, למרות שבמערכת השמש שלנו לא ידוע על כוכבי לכת שגדולים מכדור הארץ וקטנים מנפטון. ייתכן ש"כוכב הלכת תשע", שקיומו הוצע בשנה שעברה, מתאים להיחשב ככזה, אך הוא עדיין לא אותר ונחשב להיפותזה בלבד.

"במערכת השמש, אין כוכבי לכת בגודל שבין כדור הארץ ונפטון", אמר אריק פטיגורה, כותב-שותף של המחקר מקאלטק. "אחת ההפתעות הגדולות ביותר מקפלר היא שכמעט לכל כוכב יש לפחות כוכב לכת אחד, שגדול יותר מכדור הארץ אך קטן מנפטון. אנחנו מאד רוצים לדעת כיצד נראים כוכבי לכת מסתוריים אלו, ולמה אנחנו לא רואים אותם אצלנו במערכת השמש".

תרשים המציג את מספר כוכבי הלכת בגלקסיה על כל 100 כוכבים (ציר אנכי), ואת גודל כוכבי הלכת ביחס לכדור הארץ (ציר אופקי). החוקרים זיהו פער ברור בגדלים של כוכבי הלכת שאינם ענקי גזים - רובם מתחלקים לשני סוגים ברורים של כוכבי לכת: כוכבי לכת ארציים בגודל דומה לזה של כדור הארץ, כמו Kepler-452b שבתרשים, והשאר הינם "מיני-נפטונים", כמו Kepler-22b. מקור: NASA/Ames Research Center/CalTech/University of Hawaii/B.J. Fulton.

תרשים המציג את מספר כוכבי הלכת בגלקסיה על כל 100 כוכבים (ציר אנכי), ואת גודל כוכבי הלכת ביחס לכדור הארץ (ציר אופקי). החוקרים זיהו פער ברור בגדלים של כוכבי הלכת שאינם ענקי גזים – רובם מתחלקים לשני סוגים ברורים של כוכבי לכת: כוכבי לכת ארציים בגודל קרוב יחסית לזה של כדור הארץ, כמו Kepler-452b שבתרשים, והשאר הינם "מיני-נפטונים", כמו Kepler-22b. מקור: NASA/Ames Research Center/CalTech/University of Hawaii/B.J. Fulton.

כאמור, החוקרים מצאו מעט מאד כוכבי לכת שגודלם נופל בפער שבין שתי הקבוצות, ויש להם שני הסברים אפשריים לתופעה. אפשרות אחת היא שרוב כוכבי הלכת נוצרים תחילה בגודל ובמסה שדומים לאלו של כדור הארץ. חלקם, מסיבה שעדיין לא ברורה לגמרי לחוקרים, צוברים מספיק גז במהלך היווצרותם, "קופצים מעבר לפער" והופכים למיני-נפטונים.

"למעט מימן והליום יש הרבה מאד השפעה. לכן, אם כוכב לכת צובר מימן והליום במידה של אחוז אחד מהמסה שלו, זה מספיק כדי לקפוץ מעבר לפער", אמר הווארד. "כוכבי לכת אלו [מיני-נפטונים], הם כמו סלעים עם בלונים גדולים של גז סביבם. המימן וההליום שבבלונים לא תורמים באמת למסה של המערכת בכללותה, אבל הם כן תורמים באופן עצום לנפח, והופכים את כוכבי הלכת לגדולים הרבה יותר".

האפשרות השנייה היא שכוכבי לכת, שנוצרים בפער שבין שתי הקבוצות, לא נשארים כך לאורך זמן. החוקרים משערים שכוכבי לכת כאלו מאבדים את הגז שלהם על ידי שחיקה מהקרינה של הכוכב שלהם, והופכים בהדרגה לכוכבי לכת ארציים.

"זה לא סביר שלכוכב לכת יהיה את כמות הגז הנכונה כדי ליפול בתוך הפער. וכוכבי הלכת שכן יש להם מספיק גז, עשויים לאבד את האטמוספירה הדקיקה שלהם. שני התרחישים כנראה גורמים לפער בגדלים של כוכבי לכת שצפינו בו", הסביר הווארד.

המאמר של החוקרים יתפרסם בקרוב בכתב העת The Astronomical Journal, אך ניתן לקרוא אותו דרך אתר arxiv.

קפלר הוא רק ההתחלה

הדמייה של טלסקופ החלל קפלר. מקור: נאס"א.

הדמייה של טלסקופ החלל קפלר. מקור: NASA.

התגליות החדשות של קפלר, הן 219 כוכבי הלכת החדשים והן הפער בין כוכבי לכת סלעיים ומיני-נפטונים, מתבססים על נתונים מארבעת השנים הראשונות של קפלר, בין 2009 ו-2013. במהלך אותה תקופה הטלסקופ צפה בקביעות על אזור קטן מאד בשמיים, בקבוצת הכוכבים ברבור. ב-2013 קרתה בו תקלה מכנית שחייבה את הפסקת המשימה המרכזית. מנהלי המשימה הצליחו "להציל" את הטלסקופ והמשיכו במשימה משנית המכונה K2, שמחפשת גם היא אחר כוכבי לכת חוץ-שמשיים.

אבל קפלר, שהיה אחד מטלסקופי החלל הראשונים ששוגרו עם יעד מכוון של חיפוש אחר כוכבי לכת, הוא רק ההתחלה. מלבד התצפיות הקרקעיות שהולכות וגדלות משנה לשנה, ב-2018 ישוגר לחלל טלסקופ החלל TESS של נאס"א. TESS יזכיר מאד את קפלר וישתמש גם הוא בשיטת הליקוי, אולם הוא יצפה על כל כיפת השמיים ועל כוכבים בהירים יותר שדומים לשמש שלנו. טלסקופ נוסף של סוכנות החלל האירופאית בשם CHEOPS ישוגר בסוף השנה הבאה, ויתור גם כן אחר כוכבי לכת.

ב-2018 ישוגר גם טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שישמש כ"יורש" של טלסקופ החלל האבל הוותיק. ווב, שיהיה הטלסקופ הגדול ביותר ששוגר אי פעם לחלל, יוכל לנתח את ההרכב הכימי של האטמוספירות של כוכבי לכת חוץ-שמשיים. חוקרים ינסו לאתר באופן זה סימנים של פעילות ביולוגית בכוכבי לכת מרוחקים, כמו שחמצן ומתאן באטמוספירת כדור הארץ מעידים על החיים התוססים שמתקיימים עליו. מדעני נאס"א מתכננים בנוסף משימות מתקדמות יותר, כאלו שיוכלו להסתיר את אור הכוכבים שסביבם חגים כוכבי הלכת, ולצפות בהם ישירות (כגון טלסקופ החלל WFIRS).

ראו עוד בנושא באתר הידען:

הוספת תגובה

  • (will not be published)