איך נוצרו כוכבי הלכת – עדכונים, תיקונים והשלמות

גילויים של עוד ועוד כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש מכריח את החוקרים לעדכן את התיאוריות על היווצרותם והתנהגותם

אקונומיסט

ב-1995 התגלה, במסלול סביב הכוכב 51 פגאסי, כוכב הלכת הראשון מחוץ למערכת השמש. בחמש השנים שעברו מאז, עם גילוים של עוד ועוד כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש (המספר עומד היום על 50), התערערה הדעה המקובלת על אופן היווצרותם ועל התנהגותם. תיאוריות חדשות, המבוססות במידה רבה על המחקר של אותם כוכבי לכת “חדשים”, נולדו.

לפי המודל המקובל, כוכבי הלכת נוצרו מדיסקה של גזים ואבק שאפפה את השמש הצעירה, בתהליך שנקרא “ספיחה על ידי הלבה”. גושי חומר התנגשו והתלכדו, עד שנעשו גדולים דיים ונהפכו ללבותיהם הסלעיות של כוכבי לכת. במקרה של ענקים גזיים, הלבות הסלעיות שאבו אליהן גזים באמצעות כוח הכובד. התוצאה הסופית היתה התמונה המוכרת של מערכת השמש: כוכבי לכת קטנים וסלעיים בקרבת השמש, כוכבי לכת מוקפים גזים במרחק גדול ממנה, וכולם – חוץ מפלוטו, כדור שלג זערורי שממילא לא נחשב לכוכב לכת של ממש – נעים במסלולים מסודרים ומעגליים פחות או יותר.

כל עוד הסתמכו החוקרים על מערכת השמש שלנו כדוגמה, נראה המודל הגיוני למדי, והסברה הרווחת היתה שמערכות שמש מסביב לכוכבים אחרים, אף שלא היו מוכרות באותה עת, דומות לזו שלנו. לכן הופתעו החוקרים כשהתברר שמערכות השמש האחרות שונות לגמרי. למשל, כוכב הלכת של 51 פגאסי הוא ענק גזי כמו צדק, אך מסלולו קרוב יותר לכוכב שלו ממסלולו של מרקורי (כוכב חמה), סביב השמש שלנו. מאז התגלו ענקים גזיים נוספים שנעים במסלולים קרובים לכוכב שלהם, דבר שהעצים את המסתורין.

וישנם גם כוכבי הלכת האקסצנטריים, כמו זה שסובב סביב הכוכב אפסילון ארידני. אלה נעים במסלולים אליפטיים מאוד, כך שהמרחק שלהם מהכוכב האב משתנה מאוד בעת הסיבוב. תופעה זו שונה במובהק מהתנהגות כוכבי הלכת במערכת השמש של כדור הארץ.

וזה לא הכל. בשתי המערכות שבהן התגלה יותר מכוכב לכת אחד, מתקיימים יחד ענק גזי דמוי צדק וכוכב לכת אקסצנטרי אחד או יותר. זו צורת ארגון שאי אפשר להסבירה באמצעות התיאוריה המקובלת על היווצרות כוכבי לכת. ברור שהמתכון הישן זקוק לעדכון – יש להוסיף כמה מרכיבים חדשים כדי להסביר את היווצרות הסוגים השונים של מערכות שמש. שני דוברים בכנס האיגוד האסטרונומי הבינלאומי שנערך באחרונה במנצ'סטר – אלן בוס ממכון קרנגי בוואשינגטון ופאוול ארטימוביץ' מאוניברסיטת שטוקהולם – דיווחו על התקדמות העידכונים.

ד”ר בוס נלהב במיוחד ממנגנון היווצרות שנקרא “אי יציבות של הדיסקה”, שלדעתו עשוי להיות חשוב לא פחות ממודל ה”ספיחה על ידי הליבה”. בניגוד לספיחה, שמתרחשת לאטה, אי יציבות של הדיסקה היא תהליך פתאומי, שבו נוצרות לבות כוכבי הלכת כתוצאה מאי יציבות בכוח הכובד של הדיסקה הפרוטו-פלנטרית (שאריות דיסקת הגז שממנה נוצר הכוכב האב).

אי יציבות של הדיסקה איננה רעיון חדש. הרעיון הועלה לראשונה בשנות החמישים, אבל נזנח מהר מאוד. הסיבה לכך היתה שלפי התיאוריה הזו, ענקים גזיים אינם מתגבשים סביב ליבה סלעית, בעוד שהחוקרים הניחו בוודאות כי ליבה כזאת קיימת במרכז צדק. כיום, משהתעורר הצורך ברעיונות חדשים, החיה בוס את הסברה הישנה. הוא מציין שלפי מחקרים שנערכו באחרונה, ייתכן שלצדק אין כלל לבה סלעית. משמעות הדבר, הוא אומר, היא שייתכן שצדק נוצר בגלל אי יציבות של הדיסקה.

בוס אינו טוען שתיאוריית הספיחה על ידי הלבה אינה נכונה, ושתיאוריית אי היציבות של הדיסקה נכונה; למעשה, עשויים להיווצר בתוך אותה מערכת שמש כוכבים אחדים בתהליך אחד, וכוכבים אחרים בתהליך האחר. אך אימוצו של מנגנון ההיווצרות הנוסף הזה – אם יהיה אפשר לאשש את אפשרות קיומו בהדמיית מחשב – יגדיל באופן ניכר את טווח התוצאות האפשריות.

בזמן שבוס מקדם חשיבה חדשנית על היווצרותם של כוכבי לכת, ד”ר ארטימוביץ' מעוניין בהתפתחות מערכות השמש שכבר נוצרו. בהינתן כמה כוכבי לכת חדשים שנעים במסלוליהם סביב כוכב מסוים (מבלי להיכנס לשאלת דרך היווצרותם), כיצד נקבעת תצורתם הסופית? ברור שקיומם של ענקים גזיים חמים, הנעים בקרבת הכוכב האב שלהם, לא יכול לדור בכפיפה אחת עם הרעיון הישן שכוכבי לכת נוצרים סביב כוכב, ולאחר מכן נותרים קבועים במסלולם.

גם רעיון ישן זה מבוסס על התיאוריה הקונוונציונלית של היווצרות מערכת השמש שלנו. אולם מודל זה מעולם לא הצליח להסביר כראוי את עובדת קיומם של כוכבי הלכת אוראנוס ונפטון, הגדולים מהצפוי בהתחשב במרחקם מהשמש. יתר על כן, ניתוח ההרכב הכימי של צדק, שנעשה באחרונה, מראה שייתכן שכוכב הלכת נוצר רחוק יותר מהשמש, והתקרב אליה במשך הזמן. נראה שתהליך שאפשר לכנות “נדידה” – תנועה של כוכב הלכת אל הכוכב האב או ממנו – דרוש כדי להסביר את מבנה מערכת השמש שלנו.

ייתכן שאחד המנגנונים שגורמים לנדידה קשור לאינטראקציה בין כוכב הלכת לשאריות הדיסקה שממנה נוצר. אבל זהו תהליך מורכב שפרטיו רחוקים מלהיות מפוענחים. התעלומה הגדולה ביותר היא מדוע לא מתנגשים ענקים גזיים בכוכבים האבות שלהם.

אינטראקציות בין כוכב לכת לבין הדיסקה עשויות להשפיע גם על צורת המסלול של כוכב הלכת מסביב הכוכב האב שלו. ד”ר ארטימוביץ' טוען שייתכן שישנה מסה קריטית של כוכב לכת, שקובעת את צורת המסלול. כשמסת כוכב הלכת עולה על המסה הקריטית, נוצר מסלול אליפטי; כאשר היא קטנה ממנה, נוצר מסלול מעגלי. הדבר עשוי להסביר מדוע לכוכבי הלכת של השמש מסלולים מעגליים פחות או יותר, בעוד שכוכבי לכת גדולים יותר נעים במסלולים אקסצנטריים.

בנוסף לאינטראקציה שבין הדיסקה לכוכב הלכת, נראה שגם אינטראקציות בין כוכבי הלכת לבין עצמם עוזרות לעצב את מבנה מערכת השמש. לפעמים אינטראקציות כאלה הודפות כוכבי לכת אחדים מחוץ למערכת המקורית שלהם, לפעמים הן משנות את מסלוליהם. שוב, הדבר להסביר את קיומם של כוכבי לכת גדולים, שנעים במסלולים אקסצנטריים מסביב לכוכבים שלהם. אלה הם השורדים היחידים במאבק גרוויטציוני בין כמה כוכבי לכת.

ומה בדבר ההשלכות על כוכבי לכת שדומים לכדור הארץ? מכיוון שהשיטות הקיימות לא מסוגלות לאתר כוכבי לכת קטנים כל כך, התיאוריה על היווצרותם, שמבוססת על זו של מערכת השמש, עדיין לא נאלצה להתמודד עם תצפיות סותרות. מכל מקום, לפני שמתפנים לעסוק באותם גופים קטנים יהיה צורך לפענח את סוד היווצרותם והתפתחותם של הענקים הגזיים שקובעים את גורלם אחיהם הזעירים.

אקונומיסט

(פורסם במקור ב-12.8)
{הופיע בעיתון הארץ, 16/8/2000}