גילוי הפלנטה החדשה מעורר ספק בקשר לתפקידם של אבק וקרח בהיווצרות פלנטות
שי צוקר
לאחרונה התבשרנו על גילוי פלנטה (כוכב-לכת) חדשה, שזכתה בכלי התקשורת לכינוי “מתושלח”, בגלל גילה המופלג לכאורה. הפלנטה הזו היא חלק ממערכת מוזרה למדי של שלושה עצמים. במרכז המערכת נמצאים שני עצמים קטנים ודחוסים מאוד, שמקיפים זה את זה פעם בכחצי שנה. הפלנטה חגה סביב שניהם במסלול רחוק יחסית ומשלימה הקפה שלמה כל מאה שנה לערך. כל המערכת נמצאת בתוך מצבור צפוף של עשרות אלפי כוכבים הנקרא “צביר כדורי”.
הגילוי החדש הוא שיאה של השתלשלות עניינים מדעית שראשיתה ב-,1988 כשהתגלה הפולסר .PSR B1620-26 פולסר הוא כוכב-ניוטרונים – עצם דחוס ביותר שמסתו גדולה ממסת השמש שלנו ורדיוסו רק כמה ק”מ. כוכב ניוטרונים הוא השריד שנותר מכוכב (שמש) שסיים את חייו בהתפוצצות אלימה – “סופרנובה”. כוכבי ניוטרונים רבים סובבים סביב צירם בקצב מהיר מאוד של מאות סיבובים בשנייה. הכוכב מתנהג אז כמעין מגדלור הפולט קרן רדיו מסתובבת. כל אימת שהקרן “פוגעת” בנו אנו קולטים דופק (פולס) של קרינה, ומכאן השם “פולסר”. הסדירות הקיצונית של הפולסים הופכת את הפולסרים לאחד מסוגי ה”שעונים” המדויקים בטבע.
כאשר בכל זאת נצפות חריגות מהמחזוריות המדויקת הזו, הדבר עשוי להצביע על הפרעות בתנועת הפולסר בגלל נוכחות עצמים נוספים הסובבים אותו. כזה היה המקרה עם הפולסר :PSR B1620-26 ניתוח החריגות שלו מהמחזור הצביע על נוכחות עצם נוסף שחג עמו במסלול אליפטי. מתברר שהעצם הנוסף הוא “ננס לבן”. ננסים לבנים הם סוג אחר של שרידים הנותרים בסיום מחזור החיים של כוכבים רגילים.
ננס לבן דחוס פחות מכוכב ניוטרונים וגודלו יכול להיות כגודלו של כדור הארץ. המשך התצפיות הראה עוד חריגות מהמחזור שלא הוסברו על ידי נוכחות הננס הלבן והיה צורך להניח נוכחות של עצם קטן נוסף כדי להסביר אותן. בשנות ה-90 התנהל ויכוח סביב מהותו של העצם הנוסף, שכעת הוכתר בשם החיבה “מתושלח”.
צוות החוקרים, בראשות סטיין סיגורדסון מאוניברסיטת פנסילבניה, ניתח תצפיות מהארכיון של טלסקופ החלל ע”ש האבל, שבהן נראה לראשונה הננס הלבן החג סביב הפולסר. מתוך התצפיות הצוות העריך את הטמפרטורה של הננס הלבן ואת צבעו. התיאוריה הקיימת על אודות ננסים לבנים מאפשרת להעריך את מסתם בעזרת הטמפרטורה והצבע שלהם, וכך קיבלו החוקרים הערכה של מסת הננס הלבן. נתון זה היה הנתון החסר עד כה במשוואות, שאיפשר להסיק את מסת העצם השלישי ולקבוע סופית שמדובר בפלנטה, שמסתה גדולה פי 2.5 ממסת כוכב-הלכת צדק.
זו אינה הפעם הראשונה שבה מתגלות פלנטות במסלול סביב פולסרים. הראשונות התגלו על ידי החוקרים וולצ’ן ופראיל ב-1992 ועוררו עניין אצל האסטרונומים. זאת מכיוון שפיצוץ הסופרנובה שיוצר את הפולסר אמור להיות כה אלים עד שאף פלנטה לא תשרוד במסלול כזה. לכן מניחים שפלנטות המלוות פולסרים הגיעו למצבן הנוכחי לאחר מות הכוכב. במקרה של PSR B1620-26 יש עוד כמה נסיבות מיוחדות שמחדדות את השאלה כיצד נוצרה המערכת שרואים היום. ראשית, מדובר בפלנטה הראשונה שנמצאה חגה במסלול רחוק סביב זוג עצמים קרובים יחסית (הפולסר והננס הלבן). בכל המקרים הקודמים שבהם התגלתה פלנטה במערכת של כוכב כפול, היא חגה רק סביב אחד מבני הזוג. שנית, המערכת נמצאת כאמור בתוך צביר כוכבים כדורי, שהחוקרים נתנו לו את השם ,M4 ובו כמה עשרות אלפי כוכבים בצפיפות גבוהה, הרבה יותר מצפיפות הכוכבים בסביבת מערכת השמש שלנו. סביר מאוד שכוח המשיכה של הכוכבים השכנים ישפיע בחוזקה על התפתחות המערכת ועל המסלולים של העצמים השונים המרכיבים אותה. למעשה, ככל שהמערכת קרובה יותר למרכז הצביר, כך סביר יותר שכוחות המשיכה השונים “יקרעו” אותה ויפרידו את שלושת מרכיביה.
רמז לקורות חייה הסוערים של המערכת הוא גילו ה”צעיר” של הננס הלבן. בנוסף למסה, המדידות של טלסקופ החלל איפשרו להעריך שגילו הוא כחצי מיליארד שנה, בעוד שהצביר כולו הוא צביר “זקן”, בן כ-12.5 מיליארד שנה. לכן, החוקרים מניחים שהפלנטה היתה מראש בת לווייתו של כוכב אחד, זה שנהפך בהמשך לננס הלבן. עדיין נותרה בעינה השאלה כיצד חבר אל השניים הפולסר. לאחר הרצת הדמיות מחשב רבות, הגיעו החוקרים לתסריט הבא: בראשית סבבה הפלנטה לבדה את הכוכב שלה. המערכת כולה נעה לכיוון מרכז הצביר הכדורי. בגלל הצפיפות הגבוהה באזור המרכז, היה זה אך סביר שהמערכת “תפגוש” מערכת אחרת של כוכב כפול, שאחד ממרכיביה הוא פולסר. שתי המערכות “התנגשו” זו בזו, ובסוף התהליך מצאו עצמם הכוכב והפולסר במסלול זה סביב זה, כשאת שניהם סובבת הפלנטה במסלול רחוק. בן הזוג המקורי של הפולסר “נפלט” מהמערכת לכיוון לא ידוע. הרתע מההתנגשות גרם למערכת להתרחק בשנית ממרכז הצביר ולהגיע למקומה הנוכחי. בשלב מסוים, לפני כחצי מיליארד שנה, הכוכב סיים את חייו ונהפך לננס לבן.
הימצאות המערכת בצביר הכדורי M4 מציבה עוד בעיה: לפי התיאוריה המקובלת, פלנטות נוצרות בתוך “דיסקה” של גז, אבק וקרח הסובבת כוכב בשלבי התפתחותו הראשוניים. התהליך אמור להתחיל ב”הידבקות” של גרגרי האבק והקרח, שמביאה להיווצרות עצמים שהולכים וגדלים לאטם – “פרוטו-פלנטות”. בשלב מסוים הפרוטו-פלנטות יכולות להגיע למסה שמספיקה להן כדי לספח גז מהדיסקה, שיהווה את האטמוספירה שלהן. מרכיב הכרחי בתהליך הוא הימצאות כמות מספיקה של אבק וקרח, המורכבים מיסודות כבדים יחסית. הבעיה היא שבצביר M4 כמות היסודות הכבדים היא קטנה מאוד ולא מספיקה כדי ליצור פרוטו-פלנטות בתהליך הזה.
כך, זכתה לפתע לעדנה תיאוריה אלטרנטיווית בדבר היווצרות פלנטות. תיאוריה זו, שפותחה על ידי אלן בוס ממכון קרנגי בוואשינגטון, אינה דורשת נוכחות של אבק וקרח כדי ליצור פלנטות. במקום זאת היא גורסת, שבמקומות שונים בדיסקה מתחילה לפתע “קריסה” ספונטנית של הגז, שמושכת אליה עוד חומר בגלל כוח המשיכה. מקובל על החוקרים שתהליך מאוד דומה לזה עומד בבסיס יצירת כוכבים. מטבע הדברים, אלן בוס משתמש בתגלית החדשה כאישור מסוים לתיאוריה שלו.
