התגלה כוכב לכת המקיף שמש שכבר סיימה מזמן את חייה בסדרה הראשית

לתגלית המתפרסמת היום בנייצ'ר בידי קבוצה בינלאומית שותף גם פרופ' אליה ליבוביץ' מאוני' ת”א שאומר בראיון לאתר הידען: “מערכת השמש שהתגלתה עשויה לשפוך אור על גורל כוכבי הלכת במערכת השמש לאחר שזו תהפוך לענק אדום

כוכב לכת חדש המקיף את הכוכב V391 Pgasi נתגלה ע”י צוות אסטרונומים מכל רחבי העולם, ובהם גם פרופ' אליה ליבוביץ' מאוניברסיטת תל אביב. כך מדווח כתב העת Nature במאמר המתפרסם בגיליון ה-13 בספטמבר 2007. אמנם כבר התגלו 250 כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, אך כוכב לכת זה ייחודי משום שהוא מקיף את השמש העתיקה ביותר מבין כוכבי הלכת שהתגלו. למעשה מדובר בשמש שסיימה מכבר את חייה הפעילים ככוכב בסדרה הראשית, ואף עברה את שלב הענק האדום לפני כ-300 מיליון שנה, ולאחר מכן התכווצה, וכיום קוטרה כרבע מקוטר השמש, אך מסתה דומה למסת השמש. לדברי פרופ' ליבוביץ', היא בדרכה להפוך לננס לבן.

כוכב הלכת החדש והשמש שלו נמצאים במרחק של כ4,500 שנות אור מאיתנו. מסתו של כוכב הלכת היא פי 3 מזו של צדק. אורך השנה שלו, כלומר זמן מחזור הקפה אחת סביב השמש שלה, הוא 1170 ימים (של כדור הארץ) כלומר כ – 3.2 שנים. מרחקה מהשמש שלה גדול פי 1.7 ממרחק כדור הארץ מהשמש שלנו.

בכל התכונות הנ”ל אין כוכב הלכת החדש בולט במיוחד בקהילת כוכבי הלכת מחוץ למערכת השמש המוכרים לנו. אולם, אילו היו קיימים תושבים כלשהם על הפלנטה (הסיכוי לכך קלוש למדי לנוכח הטמפרטורה של כ – 200 מעלות השוררת על פניה) הם היו רואים שמש מוזרה למדי. שמש זו פועמת, כלומר עוצמת האור שלה עולה ויורדת בשיעור של אחוז אחד, במחזוריות של כ-6 דקות. ל”שעון” המתקתק הזה יש דיוק עצום. הוא מפגר בשנייה אחת ב–22,000 שנים. הרדיוס של ה”שמש” הזאת הוא כרבע מרדיוס השמש שלנו, והצבע שלה הוא לבן-כחלחל כי הטמפרטורה על פניה היא כ–30 אלף מעלות. להשוואה, הטמפרטורה על שפת השמש הצהובה שלנו היא כששת אלפים מעלות.

השמש V391 Peg היא כוכב מטיפוס שונה מהשמשות של הפלנטות האחרות המוכרות לנו, אשר רובן ככולן דומות למדי לשמש שלנו. השמש שלנו מכונה כוכב “סדרה ראשית”. זהו שם של מצבו של כוכב במשך מרבית שנות חייו כמערכת שמפיקה אנרגיה גרעינית. השמש שלנו קיימת כבר כ – 5 מיליארד שנים במצב זה ונותרו לה עוד 5 מיליארד שנים נוספות להתמיד בו. לאחר מכן השמש תהפוך תוך מספר מיליונים של שנים ל”ענק אדום”. היא תתנפח. הרדיוס שלה יגדל עד כדי פי 100 מרדיוסה הנוכחי תוך כדי שינוי צבעה לאדום. בשלב זה השמש “תבלע” את כוכבי הלכת כוכב חמה ונוגה . אין ספק שהשינויים הדרמטיים בתכונותיה של השמש יגרמו לשינויים מפליגים גם במבנה ובתכונות של כדור הארץ ושל הפלנטות האחרות במערכת השמש.

שלב “הענק האדום” בחייה של השמש יגיע אף הוא לקיצו תוך מספר מאות מיליונים של שנים. אחריו השמש תתחיל להצטמק, ותוך כמה מאות מיליונים שנים נוספות היא תהפוך לננס לבן וגודלה יהיה דומה לגודלו של כדור הארץ.

כל התכונות של השמש V391 Peg שנמנו לעיל הם מסימני ההיכר המובהקים של כוכב שעבר את שלב הענק האדום של חייו ועתה הוא נמצא בשלב ההתכווצות בדרכו להיות ננס לבן. החשיבות של גילוי הפלנטה היא בכך שמערכת זו היא הראשונה שבה אפשר לחקור בתצפית, ולא רק בתיאוריה, את “עתידנו” הרחוק, דהיינו, את גורלן של פלנטות לאחר עידן הענק האדום של השמש שלהן, כאשר זו נמצאת כבר בערוב ימיה.

גילוי כוכב הלכת V392 Peg b נעשה במאמץ בינלאומי של מצפי כוכבים רבים, ותרמו לו אסטרונומים מכל רחבי העולם. מספר המחברים החתומים על המאמר ב – Nature הוא 23. אחת התרומות החשובות לתצפיות האסטרונומיות שהביאו לתגלית הזאת נעשתה ע”י התאגדות בינלאומית של מצפי כוכבים המכונה “טלסקופ כל הארץ” (WET – Whole Earth Telescope) אשר מצפה הכוכבים ע”ש וייז של אוניברסיטת תל אביב משתתף בה. זהו שיתוף פעולה של אסטרונומים במצפי כוכבים הפזורים סביב כדור הארץ כמעט בכל היבשות. מספר פעמים בשנה, כל המשתתפים צופים ומודדים את הקרינה של כוכב מסויים, המוסכם על כולם, בסדרה של מספר לילות רצופים, במשך כל הלילה. הכוכב V391 Peg היה אחד מכוכבי המטרה של רשת זו. בגלל הפיזור של הטלסקופים סביב כדור הארץ, בכל שעה משעות היממה יש לפחות טלסקופ אחד שעבורו השעה היא שעת לילה, ולכן הוא מסוגל לצפות בכוכב, כאשר במצפים אחרים אור היום אינו מאפשר לעשות זאת. כינוס כל התצפיות יחד לסדרה ארוכה אחת של נתונים מאפשר מעקב צמוד אחרי פעימות הכוכב, שנמשך ברציפות וללא הפסקה במשך מספר גדול של יממות. מעקב כזה היה מהותי למחקר שהביא לגילוי הפלנטה, שכן התגלית נעשתה על סמך מדידה מדויקת של פעימות השמש שלה. בכך יש ייחוד נוסף שכן טכניקה זו שונה מהשיטה שמשמשת לגילוי כמעט כל הפלנטות האחרות.

בין החתומים על המאמר ב – Nature נמצא גם פרופ' אליה ליבוביץ, מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, שהוא משתתף קבוע בקבוצת המחקר הבינלאומית “טלסקופ כל הארץ”. תצפיותיו במצפה הכוכבים של האוניברסיטה, בעזרתם של עזרא משעל, המנהל הטכני של מצפה וייז, סמי בן גיגי, מנהל אתר המצפה במצפה רמון, והתצפיתן ג'ון דן, יחד עם תצפיות האסטרונומים האחרים המפעילים במשותף את ה”טלסקופ” העולמי הזה, הם חלק חשוב ממערך הנתונים שהביא לגילוי הפלנטה. ליבוביץ היה גם שותף של כותב המאמר, פרופ' רוברטו סילבוטי ממצפה הכוכבים של נאפולי, בניתוח של סדרת נתוני כל התצפיות ובביסוס הסטטיסטי של התגלית.

בתשובה לשאלת אתר הידען כיצד בכלל שרד כוכב הלכת את שלב הענק האדום של השמש, אומר פרופ' ליבוביץ: זו אחת הסיבות לכך שהמערכת הזו מעניינת את הקהילה האסטרונומית. ישנם חישובים המנסים להבין מה קורה לכוכבי הלכת כאשר השמש מסיימת את חייה בסדרה הראשית והופכת לענק אדום. עובדה שכוכב לכת זה שרד, השאלה היא מה עלה בגורלם של כוכבי לכת אחרים באותה מערכת. החוקר מאיטליה המרכז את הפרויקט מבקש כעת לבצע תצפיות מעקב כדי לבחון האם קיים במערכת זו כוכב לכת נוסף. בכל אופן חיפוש כזה עשוי לארוך שנים.

מה דעתך על התיאוריות לפיהן, השמש תבלע את כוכבי הלכת הפנימיים ואילו החיצוניים יועפו ממסלולם ואולי בכלל ממערכת השמש?
“ישנה אי ודאות גדולה בחישובים מעין אלה, כנראה שהשמש תבלע את כוכב חמה ואת נוגה אבל לא ברור כלל שהם יושמדו בתוך ליבתה. יכול להיות שהם ימשיכו להקיף אותה בתוך המעטפת. מדובר במעטפת די דלילה. השאלה מה קורה לכוכב לכת בתוך מעטפת של ענק אדום תלויה בהרבה גורמים ובהם צפיפות השכבה של אטמוספירת הענק האדום במסלולו של כוכב הלכת, במבנהו ועוד. באשר לשאלה האם שאר כוכבי הלכת ישנו את מסלולם – זה כנראה ברור, השאלה היא רק עד כמה מדובר בשינוי גדול. במצב כמו של מערכת השמש שלנו עכשיו, אמנם אין ריק מוחלט, כי ברחבי מערכת השמש ניתן לחוש בחלקיקי רוח השמש, ואולם בתוך האטמוספירה של ענק אדום, החיכוך הרבה יותר גדול ויש לקחת אותו בחשבון. יתכן שמידת שינויי המסלול, לפחות של כוכבי הלכת הפנימיים שיקיפו כבר בתוך האטמוספירה של הענק האדום, תלויה במשך הזמן שבו נמצאת השמש במצב של ענק אדום. אם מדובר בעשרות מיליוני שנים, כנראה שהמסלול לא ישתנה בהרבה. אם מדובר במאות מיליוני שנים, אז כנראה שההשפעה תהיה גדולה יותר. כמובן שניתן לחשב את המצבים הללו, אבל החישובים תלויים בהנחות מסוימות ולפיכך הדבר הטוב ביותר הוא לצפות במערכת שמש בשלבים המפותחים שלה.”

האם התגלו כוכבי לכת המקיפים ענק אדום?
“ככל הנראה עדיין, לא. לפני שנים אחדות התפרץ כוכב, ועוצמת אורו גדלה פי 100 ואולי אף פי אלף למשך כמה שבועות ולאחר מכן דעך. היו מדענים שסברו כי ההתפרצות נבעה מבליעת כוכב לכת גדול על ידי השמש שלו, אך התיאוריה המובילה כיום היא שמדובר במקרה נדיר, אך אפשרי מהבחינה התיאורטית של שני כוכבים במערכת כפולה המתקרבים זה לזה ולבסוף מתמזגים. תהליך זה משחרר המון אנרגיה.”

מערכת השמש הראשונה שהתגלתה הקיפה למעשה פולסר, שגם הוא כוכב שסיים את חייו בסדרה הראשית, האם מדובר במקרה דומה?
“כוכבי לכת המקיפים פולסר או כוכב נויטרונים, הם מקרה מיוחד. עוצמת ההתפוצצות של הכוכב בעת סיום חייו בסדרה הראשית חזקה כמה מונים מאשר של שמש רגילה ההופכת לענק אדום. פולסר וכוכבי ניטרונים הם שרידים של התפוצצות סופרנובה, ולפי כל התהליכים שאנחנו מכירים, לא סביר שכוכבי לכת המקיפים אותם ישרדו, לפיכך יתכן שכוכבי הלכת שהתגלו מקיפים פולסר, נוצרו לאחר התפרצות הסופרנובה, או שנלכדו על ידי המערכת כאשר כוכב הניוטרונים כבר נוצר. למעשה יש לנו כיום דוגמאות לכוכבי לכת הנמצאים על גבי רצף של שמשות במצבים שונים של התפתחות. התגלית הנוכחית היא הקיצונית ביותר מבחינת גיל השמש ומערכת השמש הסובבת אותה, ולכן העניין הרב בה.”