מדידה ראשונה של איזוטופים באטמוספירה של כוכב לכת חוץ-שמשי

צוות בינלאומי של אסטרונומים הפך לצוות המחקר הראשון שהצליח לזהות איזוטופים של פחמן באטמוספירה של ענק גזים

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

הצוות הצליח לזהות תצורות שונות של פחמן (איזוטופים) בכוכב הגזים הענק הנמצא במרחק של שלוש מאות שנות אור מכדור הארץ (TYC 8998-760-1 b). האות החלש נמדד בעזרת הטלסקופ הגדול מאוד (VLT) של המצפה האירופי הדרומי (ESO) בצ’ילה ומרמז על כך שייתכן והכוכב עשיר יחסית באיזוטופ פחמן-13. האסטרונומים משערים כי התוצאה הזו מקורה בעובדה כי הכוכב נוצר במרחק רב מכוכב ההורה שלו. המחקר פורסם בכתב העת המדעי Nature.  

איזוטופים הם צורות שונות של אותו יסוד אך עם מספר שונה של נויטרונים בגרעין האטום. למשל, לאטום פחמן רגיל יש בדרך כלל שישה נויטרונים (פחמן-12), אולם לעיתים הוא כולל בתוכו שבעה נויטרונים (פחמן-13) או שמונה (פחמן-14). תוצאה זו אינה משנה באופן ניכר את התכונות של אטום הפחמן. ועדיין, איזוטופים שונים של אותו יסוד מגיבים באופן מעט שונה באותם התנאים. איזוטופים, לפיכך, מספקים יתרונות במגוון יישומים במנעד נרחב של תחומי מחקר: החל מאבחון של מחלות לב וסרטן, עבור למדידות של שינויי אקלים וכלה בקביעת הגיל של מאובנים וסלעים.

צוות החוקרים הבינלאומי גילה יחס בלתי רגיל בין סוגי האיזוטופים שבאטמוספירה של הכוכב הענק הצעיר. פחמן נמצא בדרך כלל בתצורה של החומר הגזי פחמן חד-חמצני (CO). לכוכב יש מסה הכפולה פי ארבעה עשר מהמסה של הכוכב יופיטר וגודלו כפליים מגודלו של יופיטר. לפיכך, אסטרונומים מסווגים אותו בתור סופר-יופיטר. צוות המדענים הצליח להבדיל בין האותות של פחמן-13 ופחמן-12, זאת לאור העובדה כי שני האיזוטופים הללו בולעים קרינה באורכי גל (צבעים) מעט שונים. “זה באמת די מיוחד שאנו יכולים למדוד את ההבדל הזה בין האיזוטופים באטמוספרה של כוכב לכת חוץ-שמשי במרחק כה גדול”, אמר החוקר הראשי. האסטרונומים חזו כי הם יזהו אטום אחד של פחמן-13 מתוך 70 אטומי פחמן, אולם נראה כי הריכוז האמיתי הוא לפחות כפליים מזה. ההשערה היא כי הריכוז הגבוה יותר של פחמן-13 קשור איכשהו לאופן ההיווצרות של הכוכב. מסביר החוקר הראשי: “הכוכב נמצא במרחק הרחוק פי 150 פעמים מכוכב ההורה שלו יחסית למרחק של כדר הארץ מהשמש. במרחק גדול שכזה, ייתכן שהקרח שנוצר הכיל כמויות גדולות יותר של פחמן-13, עובדה שהובילה לריכוז גדול יותר של איזוטופ זה כיום באטמוספירה של הכוכב”. ההנחה היא שההעשרה בפחמן-13 קשורה לקיפאון של פחמן חד-חמצני בדיסקות הקדם-פלנטריות שמהן נוצר הכוכב. במקרה כזה, המשמעות היא שפלנטות במערכת השמש לא צברו מספיק קרח עתיר בפחמן-13. הסיבה עשויה להיות טמונה בכך שבמערכת השמש, המרחק שממנו הפחמן החד-חמצני מתחיל לקפוא נמצא מעבר למסלול של הכוכב נפטון. לפיכך, סביר להניח כי פחמן חד-חמצני במצבו הקרחוני כמעט ולא שולב בכוכבים של מערכת השמש, מה שהיה מוביל ליחס איזוטופים גבוה יותר.

כוכב הלכת החוץ-שמשי TYC 8998-760-1 b התגלה רק לפני שנתיים על ידי סטודנט הדוקטורט Alexander Bohn, שהוא אחד מהכותבים של המאמר. הוא מוסיף ואומר: “זה נפלא שהתגלית הזו התרחשה קרוב לכוכב “שלי”. התגלית הזו כנראה תהיה הראשונה מני רבות אחרות. הצפי הוא שבעתיד מדידות יחס האיזוטופים יסייע לנו להבין בדיוק כיצד, היכן ומתי נוצרו כוכבים. הממצא הראשוני הזה הוא רק ההתחלה של תחום מרתק זה”.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• גשם מהליום בענקי הגזים במערכת השמש
• כוכב לכת יוצא דופן במידותיו עשוי להיות שארית ליבתו של ענק גז