הירח החוץ־שמשי הראשון? גוף במסת צדק התגלה סביב ננס חום

אסטרונומים זיהו תנודות מחזוריות בננס החום CD-35 2722 B, המעידות על גוף גזי המקיף אותו מדי כ־170 יום. התגלית עשויה להיות הזיהוי המשכנע הראשון של לוויין טבעי מחוץ למערכת השמש – אך היא גם מטשטשת את הגבולות שבין ירח, כוכב לכת וננס חום

לאחר שנים של חיפושים ומספר מועמדים שנויים במחלוקת, אסטרונומים מדווחים על הראיות המשכנעות ביותר עד כה לקיומו של לוויין טבעי מחוץ למערכת השמש. אלא שהגוף החדש אינו מקיף כוכב לכת: הוא חג סביב ננס חום – גוף שמסתו גדולה מזו של כוכב לכת, אך קטנה מכדי להפוך לכוכב רגיל.

המערכת, CD-35 2722, נמצאת במרחק של כ־71 שנות אור מכדור הארץ. במרכזה נמצא כוכב ננס אדום שמסתו כ־40%–50% ממסת השמש. סביבו נע הננס החום CD-35 2722 B, שמסתו גדולה ביותר מפי 30 ממסת צדק. כעת התברר כי סביב הננס החום עצמו נע גוף שלישי, שמסתו המינימלית קרובה למסתו של צדק. ([Nature][1])

המערכת בנויה אפוא בשלוש קומות: גוף דמוי כוכב לכת המקיף ננס חום, המקיף בעצמו כוכב. בשל המבנה הזה העניקו החוקרים לגוף החדש את הכינוי הזהיר לוויין חוץ־שמשי – Exosatellite, ולא הכריזו עליו באופן חד־משמעי כעל ירח חוץ־שמשי.

המחקר, בהובלת קווין הוי מאוניברסיטת דייגו פורטלס בצ׳ילה ומקבוצת המחקר YEMS, פורסם בכתב העת המדעי Nature. החוקרים מציינים כי יותר מ־6,000 כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש כבר התגלו, אך אף ירח המקיף כוכב לכת חוץ־שמשי לא אושר עד היום ברמת ודאות המקובלת בקהילה המדעית. ([Nature][1])

כיצד אפשר לגלות ירח שאי אפשר לראות?

החוקרים השתמשו במכשיר הספקטרוגרפי CRIRES+ המותקן על הטלסקופ הגדול מאוד – VLT – של מצפה הכוכבים האירופי הדרומי בצ׳ילה. הם עקבו אחר הננס החום בין אוקטובר 2023 לפברואר 2026 וחיפשו שינויים זעירים במהירות תנועתו ביחס לכדור הארץ. ([natureasia.com][2])

כאשר גוף קטן מקיף גוף גדול ממנו, הוא אינו מותיר את הגוף הגדול קבוע לחלוטין במקומו. שני העצמים נעים למעשה סביב מרכז מסה משותף, ולכן הגוף הגדול מבצע תנועה מחזורית קטנה. אפשר לגלות את התנועה הזאת באמצעות היסט דופלר – שינויים קלים באורכי הגל של האור שהוא פולט.

זו שיטת המהירות הרדיאלית, ששימשה גם לגילוי כוכב הלכת הראשון סביב כוכב דמוי שמש בשנת 1995. הפעם הפעילו החוקרים אותה על האור הבוקע מננס חום ולא מכוכב, וזיהו אות מחזורי המתאים להשפעת הכבידה של גוף המקיף אותו. לדברי החוקרים, זו הפעם הראשונה שבה השיטה סיפקה ראיות ללוויין סביב ננס חום הנלווה לכוכב. ([Nature][1])

המודל המתאים ביותר למדידות מצביע על גוף שמסתו לפחות כ־90% ממסת צדק, המשלים הקפה אחת סביב הננס החום בתוך כ־170 יום. המרחק בין השניים מוערך בכחמישית מהמרחק שבין כדור הארץ לשמש. ([Nature][1])

ירח או כוכב לכת?

במערכת השמש ההבחנה נראית פשוטה: כוכבי לכת מקיפים את השמש, וירחים מקיפים כוכבי לכת. ואולם המערכת החדשה אינה מתאימה לחלוקה הזאת.

הגוף שהתגלה מסיבי דיו להיחשב לכוכב לכת ענק, אך הוא אינו מקיף כוכב. הוא מקיף ננס חום, שגם הוא אינו מוגדר באופן מלא ככוכב או ככוכב לכת. ננסים חומים נוצרים ככל הנראה בדרך הדומה להיווצרות כוכבים, אך אינם מגיעים למסה הדרושה לקיום היתוך ממושך של מימן בליבתם.

״מערכת זו קשה להגדרה באמצעות מילים שמקורן במערכת השמש, כמו כוכב לכת וירח״, הסביר הוי. לדבריו, הגוף החדש מסיבי דיו להיות כוכב לכת, אך מיקומו כגוף השלישי בהיררכיה – סביב גוף שמקיף כוכב – מעודד את השימוש במונח ירח. ([eso.org][3])

גם אליס צורלו, ממחברות המחקר, הדגישה כי הצוות בחר במכוון שלא לכנות את הגוף ירח: הוא מסיבי בהרבה מכל ירח במערכת השמש, מורכב ככל הנראה מגז ואינו מקיף כוכב לכת רגיל. המונח „לוויין חוץ־שמשי” משמש בשלב זה כפתרון ביניים, עד שתתגבש הגדרה מוסכמת לעצמים כאלה. ([Reuters][4])

כיצד נוצר גוף כזה?

החוקרים מציעים שתי אפשרויות עיקריות. ייתכן שהלוויין נוצר בדיסקה של גז ואבק שהקיפה בעבר את הננס החום, בדומה לאופן שבו כוכבי לכת נוצרים בדיסקות המקיפות כוכבים. אפשרות אחרת היא שהגוף נוצר בנפרד ונלכד מאוחר יותר בכוח הכבידה של הננס החום. ([Reuters][4])

המערכת צעירה יחסית, והננס החום עדיין פולט חום שנותר מתקופת היווצרותו. החוקרים סבורים כי ייתכן שהמערכת עברה היסטוריה דינמית כאוטית, שכללה שינויים במסלולים או מפגשים בין כמה גופים. תצפיות נוספות ומודלים של היווצרות מערכות פלנטריות יידרשו כדי לקבוע איזה תרחיש מתאים יותר.

עדיין לא הירח החוץ־שמשי המאושר הראשון

בעבר הוצעו מספר מועמדים לירחים חוץ־שמשיים, ובהם גופים אפשריים סביב כוכבי הלכת Kepler-1625 b ו־Kepler-1708 b. הממצאים התבססו בעיקר על שינויים בעיתוי המעברים של כוכבי הלכת לפני הכוכבים שלהם ועל עמעומים נוספים באור הכוכב. עם זאת, ניתוחים חוזרים לא הצליחו לספק אישור חד־משמעי לקיומם. ([Nature][1])

גם החוקרים במחקר החדש אינם טוענים כי גילו באופן סופי את „הירח הראשון”. במאמרם הם מתארים את העצם כצעד משמעותי לקראת הזיהוי הבלתי שנוי במחלוקת הראשון של ירח חוץ־שמשי. קיימות ראיות חזקות לכך שגוף מסיבי אכן מקיף את הננס החום, אך השאלה האם הוא עומד בהגדרה של ירח נותרה פתוחה. ([Nature][1])

חשיבותה של התגלית אינה תלויה רק בשם שיוענק לעצם. היא מוכיחה שניתן למדוד את התנודות של ננסים חומים באמצעות ספקטרוסקופיה מדויקת, ובכך פותחת דרך לחיפוש גופים קטנים יותר המקיפים כוכבי לכת וננסים חומים.

הטלסקופ הגדול במיוחד – ELT – שמצפה הכוכבים האירופי הדרומי מקים בצ׳ילה, צפוי לאפשר תצפיות רגישות בהרבה. המראה הראשית שלו, שקוטרה 39 מטרים, עשויה לאפשר בעתיד גילוי של ירחים קטנים ומוכרים יותר בממדיהם, הדומים לירחים המקיפים את כוכבי הלכת במערכת השמש. ([eso.org][3])

שאלות ותשובות

האם זהו הירח הראשון שהתגלה מחוץ למערכת השמש?

זהו הזיהוי המשכנע הראשון של לוויין חוץ־שמשי מסוג זה, אך הוא עדיין אינו מוגדר כירח חוץ־שמשי מאושר. הגוף מקיף ננס חום ולא כוכב לכת, ואין עדיין הגדרה מדעית רשמית הקובעת אם לוויין כזה נחשב לירח.

מה גודלו של הגוף שהתגלה?

מסתו המינימלית היא כ־90% ממסת צדק, ולכן הוא גדול ומסיבי בהרבה מכל ירח במערכת השמש. הוא ככל הנראה גוף גזי הדומה יותר לכוכב לכת ענק מאשר לירח סלעי או קפוא.

כיצד התגלה הלוויין החוץ־שמשי?

החוקרים מדדו תנודות זעירות במהירותו של הננס החום באמצעות מכשיר CRIRES+ בטלסקופ VLT. התנודות חוזרות במחזור של כ־170 יום ומתאימות להשפעת הכבידה של גוף המקיף אותו.

מדוע קשה כל כך לגלות ירחים מחוץ למערכת השמש?

ירחים קטנים וחיוורים יותר מכוכבי הלכת שהם מקיפים, והשפעתם על אור הכוכב או על תנועת כוכב הלכת חלשה מאוד. ברוב המקרים נדרשות תצפיות מדויקות רבות כדי להפריד את האות של הירח מרעש ומגורמים אחרים.

למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען

• החור השחור במרכז שביל החלב אינו קורע כל דבר לגזרים
• כוכב לכת שלישי התגלה סביב בטא פיקטוריס לאחר שהסתתר יותר מעשור בארכיון
• האבל חושף יצירת מופת זרועת כוכבים: יותר מחצי מיליון כוכבים עתיקים
• יותר ממיליון לוויינים עלולים להפוך את שמי הלילה לבהירים פי שלושה
• רכב מאדים בהשראת לטאה מדברית “שוחה” בחול במקום להיתקע בו