כוכב לכת יוצא דופן במידותיו עשוי להיות שארית ליבתו של ענק גז

כוכב לכת בגודלו של רהב (נפטון) עשוי להיות שארית ליבתו של כוכב לכת גדול הרבה יותר

מאת: ג’ניפר צ’ו, המכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס. תרגום: זיו עדאקי

“ענקי הקרח” כוכבי הלכת רהב ואורון צפיפותם פחותה הרבה מזו של כוכבי לכת ארציים, סלעיים, כמו נוגה וארץ. גם מעבר למערכת השמש שלנו, נראה שצפיפותם של רבים מכוכבי הלכת בגודלו של רהב, המקיפים שמשות רחוקות, נמוכה באופן דומה.

עכשיו, ייתכן שכוכב לכת חדש שובר מגמה זו, כוכב הלכת המדובר התגלה על ידי הלוויין טס (Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS). כוכב הלכת, שקיבל את השם TOI-849 b, הוא העצם ה-749, או מושא-עניין של משימת טס, שזוהה כעת. חוקרים זיהו את כוכב הלכת מקיף שמש במרחק של כ-750 שנות אור כל 18 שעות, והעריכו שהוא גדול מכדור הארץ פי 3.5, כלומר, בגודלו של רהב. למרבה ההפתעה, נראה שמסתו של כוכב לכת מרוחק זה היא פי 40 מזו של ארץ וצפיפותו זהה לזו של ארץ.

TOI-849 b הוא כוכב הלכת בגודלו של רהב, המסיבי ביותר שהתגלה עד היום והראשון שצפיפותו דומה לזו של כדור הארץ.

“כוכב הלכת החדש הזה כבד יותר מפי שניים מרהב שלנו, עובדה יוצאת דופן מאוד,” אומרת צ’לסי הואנג, פוסט-דוקטורנטית במכון המחקר קוולי לאסטרופיזיקה ולחקר החלל, שבמכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס, וחברה בצוות המחקר של משימת טס. “דמיינו לכם כוכב לכת שצפיפותו כזו של ארץ, בנוי ממסה של עד פי 40 יותר מזו הכדור שלנו. מעניין לחשוב מה מתרחש במרכזו של כוכב הלכת הזה, בהתחשב בלחץ הכביר הצפוי שם.”

התגלית פורסמה בכתב-העת Nature, ועם מחברי המאמר נמנים הואנג וחוקרים בצוות המשימה טס במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס.

החוקרים: הממצא מאתגר את התיאוריות על היווצרות כוכבי לכת

מאז שוגר לחלל ב-18 באפריל 2018, הלוויין טס סורק את השמים כדי לגלות כוכבי לכת חוץ-שמשיים. משימה זו היא אחת ממשימות הסיור האסטרופיזיקאיות של נאס”א, ומוביל אותה המכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס. הלוויין תוכנן לסרוק כמעט את כל השמים, באמצעות סיבוב שדה הראייה שלו על צירו בכל חודש, כדי להתמקד בשטח אחר של השמים, בעודו מקיף את כדור הארץ. כשהוא סורק את השמים, טס מנטר את האור מהשמשות הבהירות הקרובות ביותר, והחוקרים מחפשים אחר התעמעמות מחזורית באורן של השמשות, שייתכן שמסמנת שכוכב לכת חולף על פניהן.

נתונים שמספק טס, עקומות האור של שמשות או מדידות של בהירות האור, זמינים קודם כול לצוות המחקר הבין-לאומי, שבו מדענים ממכונים רבים. החוקרים הללו הם הראשונים לבחון את הנתונים, במטרה לזהות מועמדים מבטיחים להיות כוכבי לכת, או עצמים מושאי-עניין של משימת טס. את הממצאים הללו ואת הנתונים הנאספים במשימת טס חולקים עם קהילת המדע כולה כדי שיוסיפו וינתחו אותם.

לרוב, בחפשם אחר כוכבי לכת, מתמקדים אסטרופיזיקאים בשמשות הקרובות והבהירות ביותר שבתצפיות טס. אולם, בעת האחרונה, הקדישו הואנג וצוותה זמן נוסף לבחינת נתונים שנאספו בחודשים ספטמבר ואוקטובר 2018, ותהו אם אפשר שיעלו ממצאים מעניינים גם בבחינת שמשות בהירות פחות. ואכן, הם גילו מספר רב של עמעומים, שנראים כמו מעבר עצם על פני שמש במרחק של 750 שנות אור, מיד לאחר מכן, אישרו את קיומו של TOI-849 b. “בדרך כלל, אין אנו בוחנים שמשות כמו זו בדקדקנות, לכן התגלית הזאת היא צירוף מקרים משמח,” אורמת הואנג.

תצפיות נוספות על השמש החיוורת באמצעות טלסקופים שעל פני כדור הארץ איששו ואישרו את קיומו של כוכב הלכת וסייעו לקבוע את מסתו ואת צפיפותו.

לדברי הואנג, הממדים המסקרנים של TOI-849 b מאתגרים תאוריות נוכחיות על אופן היווצרותם של כוכבי לכת.

“אנו תמהים מאוד אשר לאופן היווצרותו של כוכב הלכת הזה,” אומרת הואנג. “כל התאוריות הקיימות אינן מציעות הסבר מלא למה הוא כה מסיבי, אך עומד על מקומו. אין אנו מצפים שכוכבי לכת יגדלו להיות פי 40 ממסתו של כדור הארץ ואז פשוט יישארו על מקומם. כוכב לכת שכזה היה אמור להמשיך לגדול ולהיות לענק גז, מעין רהב חם, בכמה מאות מסות של כדור הארץ.”

על פי היפותזה אחת שהעלו מדענים כדי להסביר את המסה ואת הצפיפות של כוכב הלכת הזה, ייתכן שפעם היה זה ענק גז גדול הרבה יותר, בדומה לרהב או לשבתאי – כוכבי לכת שיש להם מעטפת מסיבית יותר של גז שעוטפת ליבות, שנחשבות צפופות כמו זו של כדור הארץ.
במחקר החדש, צוות משימת טס מציע שייתכן שקרינת השמש פוצצה במהלך הזמן את רוב המעטפת הגזית של TOI-849 b – תרחיש אפשרי בהחלט, היות ומסלולו של כוכב הלכת הזה עובר קרוב מאוד לשמשו. הקפה נמשכת רק 0.765 ימים, או קצת יותר מ-18 שעות, וכך נחשף כוכב הלכת לקרינת שמש החזקה בערך פי 2,000 מזו שנחשף לה כדור הארץ מהשמש. לפי המודל הזה, כוכב הלכת TOI-849 b עשוי להיות שארית ליבה של כוכב לכת ענק, שגודלו כשל רהב והוא מסיבי ממנו בהרבה.

“אם התרחיש הזה נכון, TOI-849 b הוא שארית הליבה היחידה וליבת ענק הגז הגדולה, שאנו יודעים על קיומן,” אומרת הואנג. “דבר זה מעורר התרגשות רבה מאוד בקרב המדענים, משום שתאוריות קודמות אינן יכולות להסביר את כוכב הלכת הזה.”

למאמר המדעי:

Reference: “A remnant planetary core in the hot-Neptune desert” by David Armstrong et al., 1 July 2020, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-020-2421-7