ניתוח ספקטרום של 12 ננסים לבנים גילה באטמוספרות שלהם את שרידיהם של גופים פלנטריים שהתפרקו. רובם דומים לסלעים ולמטאוריטים במערכת השמש, ובשתי מערכות נמצאו סימנים אפשריים לחומר שמקורו בגופים עשירים במים
מכשיר שנבנה כדי למפות מיליוני גלקסיות ולחקור את האנרגיה האפלה סיפק לאסטרונומים הצצה מסוג אחר לחלוטין: מעין "נתיחה כימית" של גופים פלנטריים שהתפרקו סביב כוכבים מתים.
חוקרים ניתחו תצפיות של המכשיר הספקטרוסקופי לאנרגיה אפלה, DESI, ב־12 ננסים לבנים שאטמוספרותיהם מכילות כמויות חריגות של יסודות כבדים. קווי הבליעה בספקטרום אפשרו לזהות בכל אחד מהכוכבים בין שלושה לעשרה יסודות, ובהם חמצן, מגנזיום, צורן, סידן וברזל – מרכיבים מרכזיים של כוכבי לכת סלעיים.
לפי המחקר, שהתפרסם בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, הרכב החומר שנפל אל מרבית הננסים הלבנים דומה לחומרים המוכרים ממערכת השמש הפנימית: מטאוריטים קדומים, חומר סלעי שעבר עיבוד וגופים שבהם נוצרה ליבה עשירה בברזל. בשתיים משש המערכות שאפשרו ניתוח מפורט במיוחד נמצאה כמות חמצן העשויה להתאים לגופים שהיו עשירים במים. (המאמר המדעי)
האטמוספרה של הכוכב משמשת זירת ראיות
ננס לבן הוא השריד הדחוס שנותר לאחר שכוכב דומה לשמש מסיים את שלבי חייו הפעילים ומשיל את שכבותיו החיצוניות. מסתו עשויה להיות דומה לזו של השמש, אך היא דחוסה לתוך גוף שגודלו דומה בקירוב לכדור הארץ.
האטמוספרות של ננסים לבנים מורכבות בדרך כלל בעיקר ממימן או מהליום. בשל כוח הכבידה החזק, יסודות כבדים אמורים לשקוע במהירות אל מתחת לשכבה הנראית לעין. לכן, כאשר אסטרונומים מזהים באטמוספרה של ננס לבן חמצן, מגנזיום, ברזל או סידן, ההסבר המקובל הוא שהחומר הגיע לשם לאחרונה יחסית.
מקורו של החומר עשוי להיות אסטרואידים, פלנטסימלים, ירחים או חלקים מכוכבי לכת שנותרו במערכת לאחר מות הכוכב. השינוי במסה של הכוכב וההפרעות הכבידתיות בין הגופים שנותרו יכולים להסיט אותם ממסלוליהם. גוף המתקרב יותר מדי לננס הלבן נקרע בשל כוחות הגאות, ושרידיו יוצרים דיסקה שממנה נופל חומר אל פני הכוכב.
האטמוספרה המזוהמת הופכת כך למעין דגימה עקיפה של פנים הגוף שהתפרק. בניגוד למחקר רגיל של אטמוספרות כוכבי לכת, כאן האסטרונומים מקבלים מידע על החומר המוצק שממנו נבנה הגוף.
יותר מ־1,750 ננסים לבנים בולעים שברי גופים פלנטריים
כיום ידועים יותר מ־1,750 ננסים לבנים הסופחים שברי גופים פלנטריים. עם זאת, רק בעשרות בודדות מהם נמצאו קווי ספקטרום חזקים ונקיים מספיק כדי לחשב באופן אמין את שכיחותם היחסית של יסודות רבים.
המחקר החדש, בהובלת פאולה איסקיירדו מאוניברסיטת ווריק, התמקד ב־12 ננסים לבנים עתירי מתכות שנכללו בפרסום הנתונים הראשון של DESI. באסטרונומיה, המונח "מתכות" כולל את כל היסודות הכבדים ממימן ומהליום, גם אם מבחינה כימית חלקם אינם מתכות.
בכל 12 הננסים הלבנים נמצאו כמה מהיסודות הדרושים לבניית סלעים. בשש מערכות איכות הנתונים אפשרה לחוקרים לעבור מזיהוי יסודות בלבד להערכת הרכבו של הגוף שממנו הגיעו.
ארבעה מגופי המקור התגלו כגופים יבשים, המורכבים בעיקר מחומרים סלעיים. בשני מקרים נוספים נמצא עודף חמצן ביחס לכמות הדרושה ליצירת המינרלים היבשים שנמדדו. החוקרים מציעים כי עודף זה עשוי להעיד על תחמוצות ועל חומר שמקורו בפלנטסימלים עשירים במים.
אין פירוש הדבר שנמצאו אוקיינוסים, ובוודאי שלא סימנים לחיים. הממצא מתייחס להרכב הכימי של גופים שנהרסו, ולא למים נוזליים שנצפו במישרין. עם זאת, הוא מחזק את האפשרות שגופים המכילים כמויות ניכרות של מים אינם ייחודיים למערכת השמש.
האם מערכת השמש טיפוסית?
אחת השאלות המרכזיות בחקר כוכבי לכת חוץ־שמשיים היא אם כוכבי הלכת הסלעיים במערכת השמש נבנו מחומרים נפוצים, או שההרכב שלהם יוצא דופן.
רוב כוכבי הלכת החוץ־שמשיים מתגלים לפי השפעתם על אור הכוכב או על תנועתו. שיטות אלה מאפשרות לחשב את רדיוס כוכב הלכת, את מסתו ולעיתים גם את צפיפותו, אך בדרך כלל אינן מספקות רשימת יסודות מפורטת. כאשר גוף פלנטרי מתפרק ונופל על ננס לבן, אפשר לזהות ישירות יחסית את אבני הבניין הכימיות שלו.
החוקרים מצאו כי הגופים במדגם דומים באופן כללי לחומר המוכר ממערכת השמש הפנימית. חלקם מזכירים מטאוריטים פרימיטיביים, ואחרים עשויים לייצג חומר שעבר התכה והפרדה לשכבות, לרבות חומר שמקורו בליבות פלנטריות.
עם זאת, 12 מערכות אינן מדגם מייצג של כלל מערכות כוכבי הלכת בגלקסיה. הן נבחרו מפני שהיו עשירות במיוחד ביסודות כבדים ולכן קלות יחסית לניתוח. נוסף על כך, החוקרים צריכים לתקן את המדידות לפי קצב שקיעתם השונה של היסודות באטמוספרה ולפי שלב ספיחת החומר שבו נמצא הכוכב.
הממצאים מספקים אפוא תמונה מפורטת של כמה מערכות, אך עדיין אינם מוכיחים שמערכות פלנטריות הדומות בהרכבן למערכת השמש הן הרוב.
המשימה הצדדית של מכשיר שנועד לחקור אנרגיה אפלה
DESI מותקן בטלסקופ מייאל שקוטרו ארבעה מטרים, במצפה קיט פיק שבאריזונה. הוא מפצל את אורם של גרמי השמים לספקטרום באמצעות 5,000 סיבים אופטיים רובוטיים, המסוגלים לצפות באלפי מטרות באותה החשיפה.
משימתו הראשית היא למדוד את ההסחה לאדום של עשרות מיליוני גלקסיות וקוואזרים ולבנות מפה תלת־ממדית של היקום. המפה משמשת לחקר קצב התפשטות היקום ולהערכת השפעתה של האנרגיה האפלה.
אולם כאשר תנאי התצפית אינם מתאימים למטרות המרוחקות והעמומות של הסקר הראשי, אפשר להפנות חלק מזמן התצפית לעצמים קרובים ובהירים יותר. כך נצפו גם הננסים הלבנים שנכללו במחקר.
היכולת להפיק מדידות מועילות לתחום שונה לגמרי ממחישה את חשיבותם של סקרים ספקטרוסקופיים רחבי היקף. DESI לא תוכנן במיוחד לחקר שרידי כוכבי לכת, אך שילוב של שדה ראייה גדול, אלפי סיבים וארכיון נתונים נרחב עשוי להפוך אותו לכלי יעיל באיתור ננסים לבנים נוספים שבהם ניתן למדוד את הרכבו של חומר פלנטרי.
ככל שיצטברו תצפיות נוספות, יהיה אפשר להשוות בין מאות גופים שהתפרקו: לבדוק עד כמה נפוצים גופים יבשים, באיזו שכיחות מופיעים חומרים עשירים במים, וכמה מן המערכות מכילות חומר הדומה לקרום, למעטפת או לליבה של כוכבי הלכת במערכת השמש.
עוד בנושא באתר הידען
- כוכב הבולע כוכב לכת נצפה בפעם הראשונה
- כאוס והרס: הקניבליזם של כוכב מת כלפי המערכת הפלנטרית שלו
- ראיות מוקדמות לכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש בפלטות צילום בנות מאה שנה
- פלטת צילום משנת 1917 חושפת את העדות הראשונה למערכת פלנטרית חוץ־שמשית
- עדויות לחיים חוץ־ארציים עשויות להימצא במערכות המקיפות ננסים לבנים
שאלות ותשובות
מהו ננס לבן "מזוהם במתכות"? זהו ננס לבן שבאטמוספרה שלו התגלו יסודות כבדים ממימן ומהליום. מאחר שהיסודות האלה שוקעים במהירות, נוכחותם מעידה בדרך כלל על נפילה מתמשכת או שהתרחשה לאחרונה של שברי גופים פלנטריים.
כיצד אפשר לשחזר את הרכבו של גוף שכבר התפרק? כל יסוד בולע אור באורכי גל אופייניים. מדידת קווי הבליעה בספקטרום של הננס הלבן מאפשרת לזהות את היסודות ולהעריך את היחסים הכמותיים ביניהם.
האם המחקר גילה מים בכוכבי לכת אחרים? לא במישרין. בשתי מערכות נמצא הרכב עשיר בחמצן שעשוי להתאים לפלנטסימלים שהכילו מים. זהו רמז כימי לחומר עשיר במים, לא תצפית באוקיינוס ולא עדות לחיים.
מדוע DESI מתאים למחקר כזה אם נבנה לחקר גלקסיות? DESI מודד אלפי ספקטרומים במקביל וברגישות גבוהה. אותן יכולות המאפשרות למדוד גלקסיות רחוקות יכולות לספק ספקטרום מפורט מאוד של ננסים לבנים קרובים.
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
