חוקר ישראלי מאוני’ קליפורניה שותף לגילוי מערכת כוכבים כפולה המכילה שני ננסים לבנים

אבי שפורר עמית פוסט-דוקטורנט מ-UCSB ו-LCOGT, הביא את המומחיות שלו מתחום כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש לגילוי החדש שבו הוברר כי אחד מהננסים הלבנים הוא מסוג נדיר במיוחד – הוא מרוכב מהליום, ולא מחמצן ופחמן כמו מרבית הננסים הלבנים, לרבות שותפו למערכת

אסטרופיסיקאים באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה (UCSB) הם הראשונים שזיהו שני ננסים לבנים במערכת כוכבים כפולה לוקה, דבר שאיפשר בפעם הראשונה מדידה ישירה של הרדיוס של ננס לבן נדיר המורכב מהליום טהור. התוצאות יתפרסמו בכתב העת אסטרופיסיקל ג’ורנל לטרס. תצפיות אלה הן הראשונות שאישרו תיאוריה אודות סוג זה של ננסים לבנים.

הסיפור החל כאשר ג’סטין שטיינפט (Steinfadt), דוקטורנט לפיסיקה ב-UCSB ניטר ננסים לבנים כחלק מעבודת הדוקטורט שלו עם לארס בילדסטן (Bildsten), פרופסור וחבר סגל מכון קאבלי לפיסיקה תיאורטית (KITP) של UCSB וסטיב הוול (Howell) מהמצפה האסטרונומי האופטי הלאומי (NOAO) בטוסון אריזונה.

הליקויים הקצרים התגלו במהלך תצפית בכוכב NLTT 11748 באמצעות טלסקופ פולקס צפון, הנמצא בהוואי ושייך ל LCOGT, מכון המסונף ל-UCSB. הכוכב, NLTT 11748, הוא אחד ממספר מצומצם של ננסים לבנים בעלי מסה נמוכה וגלעין הליום הנמצאים תחת מחקר זהיר של שינויי הבהירות שלהם. צילום מהיר של הכוכב – כחשיפה אחת כל דקה לערך, מצא כי בכמה תמונות עוקבות של הכוכב הוא נראה חיוור מעט. שטיינפט הבין במהרה את חשיבות הגילוי הבלתי צפוי. “אנו צופים בכוכבים רבים, אך אני עדיין סבור שהיה לנו מזל” אמר.

אבי שפורר, עמית פוסט-דוקטורנט מ-UCSB ו-LCOGT, הוא אסטרונום ישראלי השוהה בקליפורניה. שפורר בצע את התצפיות הראשונות בטלסקופ פולקס צפון, והביא את המומחיות שלו מתחום כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש לגילוי החדש. “ידענו שמשהו היה לא רגיל, במיוחד  כאשר אישרנו את קטעי השפל הללו גם בלילה הבא.” אמר שפורר. המדענים צפו בליקויים בני שלוש דקות של הכוכב הכפול, המתרחשים פעמיים במהלך 5.6 שעות – משך הזמן בו הכוכבים משלימים הקפה אחת האחד סביב השני.

ההתרגשות סביב הגילוי והצורך לאשר אותה במהירות הובילו לשימוש בטלסקופ בקוטר 10 מטרים במצפה קק הממוקם במאונה קיאה בהוואי, רק חמישה שבועות לאחר התצפית הראשונה. הצוות תוגבר בדייויד קפלן, עמית האבל ופוסט דוקטורנט בKITP. בילדסטן וקפלן ארגנו את השימוש בקק באמצעות החלפת זמן שהם שמרו עבור פרויקט אחר עם ג’ף מארסי מברקלי.

במהלך הלילה הצליחו החוקרים למדוד את השינויים בהסחת הדופלר של הכוכב NLTT 11748, הנובעים משינויי המהירות של הכוכב הבהיר במערכת כאשר הוא מקיף את הננס הלבן המלווה אותו, שהוא חיוור בהרבה אך מאסיבי יותר ממנו. “מדהים להיות עדים למהירות שבה הכוכבים הלו משנים את מהירותם בתוך דקות.” אמר קפלן, שנכח בקק במהלך התצפיות.

תצפיות אלה הובילו לאישור תיאוריה חשובה אודות ננסים לבנים. כוכבים מסיימים את חייהם בדרכים רבות. “היווצרות מערכת כפולה כזו המכילה ננס לבן דל מסה המורכב מהליום חייבת להתרחש כתוצאה מאינטראקציה ואובדן מסה בין שני הכוכבים המקוריים” אומר הוול. ננסים לבנים הם שאריות דחוסות של כוכבים הדומים לשמש שלנו, ואשר ממדיהם כיום דומים לאלו של כדור הארץ. כוכב הופך להיות ננס לבן כאשר הוא מכלה את הדלק הגרעיני שלו וכל מה שנשאר הוא הגלעין הפנימי, שעשוי בעיקר מפחמן וחמצן.

אחד הכוכבים במערכת הכפולה שהתגלתה הוא ננס לבן נדיר שגלעינו עשוי מהליום, ומסתו היא רק 10-20% מזו של השמש. קיומם של כוכבים אלה היה ידוע במשך למעלה מעשרים שנה. עבודות תיאורטיות ניבאו כי כוכבים אלה  הם חמים וגדולים יותר מננסים לבנים רגילים, אך עד כה גודלם לא נמדד ישירות. התצפיות על NLTT 11748 בידי קבוצת החוקרים הובילו למדידה הראשונה של רדיוס כוכב מסוג זה ולאישור התיאוריה.

הכוכב האחר במערכת הבינרית גם הוא ננס לבן, אף כי מהסוג הנפוץ יותר, והוא מורכב בעיקר מפחמן וחמצן ומסתו כ-70% ממסת השמש. כוכב זה מאסיבי יותר, אך גם קטן יותר מהננס הלבן השני. האור שהוא פולט חיוור פי 30 מזה של עמיתו למערכת הכפולה.

שפורר וקפלן אף הבחינו שכאשר הננס הלבן המאסיבי מלקה את בן זוגו הוא גורם לעידוש כבידתי של האור המגיע מבן הזוג. תופעה נדירה זו, שהיא למעשה עיקום קרני האור בהשפעת כוח הכבידה, מביאה להגברה קטנה של האור בעת הליקוי, הגורמת לליקוי להראות רדוד מעט יותר.

בילדסטן ציין כי התגלית התאפשרה בעקבות שיתוף הפעולה היעיל בין חוקרים ממכונים שונים, KITP, UCSB וLCOGT. “אפשרות מעניינת ומרתקת היא מה יקרה בתוך 6-10 מיליארד שנים” אמר בילדסטן. “המערכת הכפולה פולטת גלי כבידה בקצב שיחייב את שני הננסים הלבנים להגיע למגע. מה יתרחש אז – איש אינו יכול לנחש.”

המחשה באנימציה של הננס הלבן הקטן חולף על פני הגדול מהשניים

להודעה לעיתונות של אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה

ד”ר אבי שפורר הוא עמית פוסט-דוקטורנט באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה (UCSB) ומצפה לאס-קומברס (LCOGT). שפורר עשה את עבודת הדוקטורט שלו באוניברסיטת ת”א תחת הנחייתו של פרופסור צבי מזא”ה, אותה סיים ב-2009. תחום המחקר העיקרי שלו הוא כוכבי-לכת מלקים מחוץ למערכת השמש והוא חוקר גם כוכבים כפולים לוקים המכילים אובייקט קומפקטי (חור שחור, כוכב נויטרונים או ננס לבן). במסגרת עבודתו הוא משתמש בטלסקופים רבים ברחבי העולם ובחלל, הכוללים גם את הטלסקופים במצפה הכוכבים ע”ש וייז בנגב. שפורר היה שותף במספר תגליות אסטרונומיות מעניינות, כגון גילוי כוכבי-הלכת המלקים HAT-P-2b ,CoRoT-7b ו CoRoT-9b, גילוי הליקויים של כוכב-הלכת GJ436b ומדידת המסה של החור השחור הכוכבי M33 X-7. עד כה היה שותף ב-41 מאמרים שהתפרסמו בספרות המקצועית ועבודתו זיכתה אותו במספר פרסים, ביניהם פרס ע”ש זאב פרנקל של האגודה הישראלית לפיזיקה.

עוד בנושא באתר הידען:

• צוות חוקרים ישראלים שותף לגילוי כוכב לכת דמוי כדור הארץ
• התגלה חור שחור עצום