חוקרים בפקולטה לפיזיקה בטכניון פתרו תעלומה מדעית הנוגעת לשלב קריטי בהיווצרות כוכבי-לכת. למודל החדש יש השלכות מעניינות על רעיון הפַּנְסְפֶּרְמִיה – מעבר של חומר ביולוגי בין מערכות פלנטריות שונות
חוקרים בפקולטה לפיזיקה בטכניון מציגים מודל תיאורטי חדש להתפתחות כוכבי-לכת מתוך “זרעים” המגיעים ממערכות פלנטריות אחרות. מחקרם של פרופ’ חגי פרץ והדוקטורנט יבגני גרישין התפרסם בכתב-העת המדעי Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
בשלבים המוקדמים של היווצרות מערכת שמש, לפני שכוכבי-הלכת נוצרים בה, קיימת סביב השמש הצעירה דיסקת אבק וגז. דיסקה זו מספקת לפלנטות העתידיות את חומר הגלם ליצירתן. לכאורה מדובר בתהליך פשוט שבו נצמדים גרגרי אבק זה לזה ויוצרים גושי חומר ההולכים וגדלים – אבנים, שמהן נוצרים סלעים, המתאגדים לכדי גרמי שמיים קטנים המתנגשים ונצמדים זה לזה עד שנוצר כוכב-לכת שלם.
אולם אליה וקוץ בה: בתאוריית הגדילה המִצְרָפִית האמורה יש צוואר בקבוק בשלב המעבר מאבנים קטנות (בגודל סנטימטר עד מטר) לגרמי שמיים בקוטר קילומטר ויותר. התנאים הפיזיקליים השוררים בדיסקות קדם-פלנטריות כוללים זרימת גז חזקה מאוד הצפויה לשחוק את האבנים האלה ואף לבלום את תנועתן. כאשר תנועתן של האבנים מואטת, הן צפויות להימשך אל מרכז הדיסקה ולהיבלע בשמש. בנוסף לכך, התנגשויות בין אבנים קטנות אינן צפויות להוביל להידבקותן, אלא דווקא להינתזותן זו מזו. במילים אחרות, בפני סלעים קטנים ואבנים ניצב “מחסום המטר” – שלב התפתחותי שבו גודלם המוגבל מפחית את סיכויי ההישרדות והגדילה שלהם.
“המודל הרגיל סובל מצוואר בקבוק משמעותי,” אומר פרופ’ פרץ, “שכן הוא דורש קפיצת-מדרגה בלתי-סבירה מעל ‘עמק המוות’ של המעבר מאבק ואבנים לסדר הגודל הקילומטרי. זו הסיבה שאסטרופיזיקאים ברחבי העולם מחפשים הסבר חלופי להתפתחותם של גרמי שמיים גדולים מקילומטר. מרגע שקוטרו של הגוש המתהווה עולה על קילומטר, המודל הקיים עובד היטב – כי בשלב זה העצם מצליח לספוח עצמים קטנים יותר שיהפכו אותו מ’עובר פלנטרי’ לפלנטה של ממש. הבעיה היא בשלב שקודם לכך.”
המאמר של גרישין ופרופ’ פרץ שואב השראה מהדרמה שחולל בשנת 2017 הגוף הבין כוכבי אומואומואה (Oumuamua) – גוף מוארך שחדר למערכת השמש וזוהה בתצפיות שונות. גילויו של עצם זה הוליד השערות רבות ומגוונות, אך דבר אחד היה ברור: הוא הגיע מחוץ למערכת השמש. אומואמואה אימת הערכות מדעיות נושנות לפיהן התווך הבין-כוכבי – החומר שנמצא במרחב שבין מערכות השמש השונות – מלא גושי סלע החגים בו. נהוג להניח כי שיירים כאלה נפלטים ממערכות פלנטריות שונות בשלבים המוקדמים של היווצרותן.
על פי המודל שמציעים החוקרים מהטכניון, אומואמואה ועצמים גדולים ממנו משוטטים בין מערכות שמש שונות, וחלקם נלכדים בדיסקות קדם-פלנטריות של שמשות צעירות. אם ניקח לדוגמה את המקרה הספציפי של כדור-הארץ, הרי שכמו לכל פלנטה בשלביה העובריים, גם לכדור-הארץ קדמה דיסקה קדם-פלנטרית של גז ואבק שסבבה את השמש הצעירה. על פי המודל הזה, דיסקה זו לכדה גוש סלע גדול מפלנטה אחרת וסביבו, בתהליך ממושך, התהווה כדור-הארץ כפי שאנו מכירים אותו כיום.
לסיכום, המפתח לפתרון תעלומת עמק המוות נמצא בעצמים בין-כוכביים המגיעים ממערכות פלנטריות אחרות ומהווים “זרעים” להתפתחותן של פלנטות חדשות. בניסוח פיוטי יותר, מסבירים החוקרים, “שום מערכת פלנטרית אינה אי; מערכות פלנטריות נוצרות מתוך זרעים שהגיעו ממערכות אחרות ומייצרות בהמשך זרעים משלהם, שיישלחו לחלל ויולידו מערכות פלנטריות חדשות.”
כדי לאמוד את היתכנותו של המודל החדשני פיתחו החוקרים מודל מתמטי הבוחן את ההסתברות להתרחשות של “זריעה” כזו. הם גילו כי הלכידה הנדרשת של עצמים בדיסקות קדם-פלנטריות אומנם אינה תופעה שכיחה, אבל היא סבירה בהחלט.
למודל החדשני השלכות מעניינות נוספות בהיבט הביולוגי והאבולוציוני. לדברי פרופ’ פרץ, “אם אנחנו מבינים שסלעים עשויים לעבור בין מערכות פלנטריות שונות, הרי שיש כאן מודל חדש של פַּנְסְפֶּרְמִיה – מעבר של חיים בין מערכות אלה. כדי ללכוד חומר ביולוגי פעיל, ולאפשר לו לשרוד מסע בין פלנטרי כזה, מספיק סלע שקוטרו כמה סנטימטרים, כך שאם אנחנו מדברים על סלע בקוטר קילומטר, האפשרות שיצליח לשמר חיידקים או חומר ביולוגי אחר אינה מופרכת כלל. פנספרמיה אינה תאוריה חדשה, אבל המודל שלנו מספק הסבר להיתכנותה.”
המחקר נתמך על ידי מלגת אירווין וג’ואן ג’ייקובס לסטודנטים מצטיינים לתארים מתקדמים, קרן המדע הלאומית (ISF) ומרכז מינרבה.
למאמר המלא ב-Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
עוד בנושא באתר הידען
20 תגובות
אני יושב ע”י המחשב וחלון פתוח ללא מזגן , האוויר מצויין ורוח קליל מנשבת , אחלה יום.
אני חושב שבסופו של דבר כולם צודקים , קשה לעכל לכוכבי לכת במערכת שלנו נוצרו ע”י כדורים שהגיעו אלינו ממערכות אחרות אולי הגיעו מהחומר שבין הפלנטות שהם גדולים ולא הצליחו לצור לעצם מערכות שמש משלהם .
צריך לתת לטבע לעשות את שלו ולנו לחפש פתרונות והכי חשוב לתת תשובה לאזרחי העולם לבעיות המחייה והקיים ,אקלים ופרנסה.
קודם כל, האתר הזה הוא אתר שנועד ללמד ולהביא פרסומים מחזית המדע לקהל הרחב. אבקש שהתגובות מכולם יהיו תשובות ענייניות ולא ביריונות וניבולי-פה.
לאחר שכתבתי זאת, אריאל, אי-הבנת הנקרא היא כנראה מצידך, לא מצידי. קרא בדיוק מה שכתבתי: לא דיברתי על גידול עצמים באמצעות התנגשויות בתגובות שרשרת; אני התייחסתי למה שנכתב במאמר הזה, שלפיו אנשי הטכניון פתרו, לכאורה, את הקושי במנגנון ה”מחסום” בגדילת חלקיקים בענני אבק קדומים, כפי שהיו בשעת לידתה של מערכת השמש שלנו (דרך אגב, אני בעצמי מעולם לא שמעתי על מחסום כזה, אבל ניחא…) – להזכיר: נכתב שחלקיקים מסדר גודל של מטרים לא יכולים להמשיך ולגדול באותו המנגנון של התקבצות אבק ועצמים עד להגעה לעצמים מסדר גודל של קילומטרים – כאשר האחרונים – לאחר יצירתם – יכולים להמשיך ולגדול. ה”פיתרון” שמופיע כאן, לפיו יש צורך בהגעת סלע גדול מחוץ למערכת השמש לפתרון הבעייה הזו נשמע לי “מוזר” (בלשון המעטה), שדומה ל”הגיון” האווילי של מודל “מגדל הצבים” מימי-הביניים.
א.בן נר ואריאל – אתם בוודאי שמעתם על התיאוריה לפיה מערכת השמש הקדומה הכילה כ-30 פלנטות קטנות שיצרו בסופו של דבר את ארבעת כוכבי הלכת הסלעיים הפנימיים; מה הסיכוי שיגיעו 30 – או יותר – עצמים “גדולים” (כאמור, מסדר גודל של קילומטר ומעלה) מחוץ לגבולות הענן של מערכת השמש הקדומה, ויתרכזו אך ורק ברצועה צרה כל כך סביב השמש – ואשר כולם גם ינועו ויתקבצו באותו המישור (פלוס-מינוס 6%)? ומה הסיכויים שזה גם מה שקרה במערכות שמש אחרות (שהתגלו על ידי חוקרים שונים במהלך שני העשורים האחרונים), אשר נצפו גם בהן מספר “סופר כדורי-ארץ”?
אשמח לקבל הסבר מדעי רציני לשאלה שלי ממישהו שחושב שאני לא “שחצן ואוויל”, עם התייחסות לסעיפים שהעליתי.
כמה טוב ביום חם זה לשבת ליד המזגן, ומן הסתם, להגיב על מאמרי הידען!
ולעיניינינו.
מסכים כמובן עם כל אלה המתנגדים להסבר ה”יבוא” של חומרי בנייה בסיסיים הדרושים ליצירת כוכבי לכת ממערכות שמש אחרות, לצורך יצירת כוכבי לכת במערכת השמש האהובה שלנו.
ולכן, אני מחזיק אצבעות לקונאן ואחרים במתקפות עליהם רק על עצם העלאת הרעיון המנוגד לרוח המאמר.
למשל, המגיב א. בן נר, מגדיר את תשובתו של קונאן “כשחצנית וגם מטופשת” והוסיף ואחרה אחריו גם אריאל האומר שתגובתו של קונאן מראה על “חוסר הבנת הניקרא”.
לי ניראה שקונאן, דווקא קרא את המאמר והבין אותו היטב, אבל, מה לעשות, הוא חושב שהמאמר לא מבוסס מדעית. אם יש בעייה של צמיחה ממטר לקילומטר, הפיתרון לא יגיע מ”יבוא” של קילומטר ממערכת שמש אחרת.
דעתי הפרטית והצנועה שלי, אני לא חושב שיש בעיה, ואין גבול לגדילה. שני אסטרואידים של מטר הנעים אחד ליד השני, מן ההכרח שיתקרבו בניהם וייצמדו במהלך גרביטציה הפועלת מיליוניי שנים.
המגיב יהודה אלידע מעלה רעיון נחמד שלא נתנו עליו את הדעת, שאולי דווקא כוחות אלקטרומגנטיים עוזרים בהתחברות. לא הייתי מבטל רעיון זה על הסף.
בקיצור, “שליחת הבעייה” למערכת שמש אחרת לא מקובלת עלי (ועל אחרים) אפילו אם היא ניתנת ע”י מיטב מדעני הטכניון שאותם אני מאוד מעריך.
נא להגיב בעדינות
ושהמזגן חלילה לא יתקלקל ביום חם זה!
סבדרמיש יהודה
״יש״
כלומר התכוונתי לשאול כיצד נוצרו גושי הסלע הגדולים הראשונים ביקום (אלו שקוטרם היה עשרות ומאות מטרים) אם עדיין לא היו ״זרעים סלעיים״ קדומים יותר שהם יכלו להתגבש עליהם?
״b אבל b”
קונאן,
התגובה שלך מראה על חוסר הבנת הנקרא.
בשום מקום לא כתוב שהיצירה של גוף בגודל של קילומטר ומעלה, היא בלתי אפשרית. מה שהמדענים המוכשרים בטכניון הראו, הוא שמספיק שכמה עצמים מסוג כזה יווצרו ואלו יתחילו תהליך שרשרת שיאפשר יצירת כוכבי לכת.
זה נראה לי קצת כמו שאלת הביצה והתרנגולת, התיאוריה יפה אבל כיצד נוצרו אותם גושי סלע שהגיעו ממערכות פלנטריות אחרות? כיצד הם בעצמם התגבשו?
PanaSpefmia
לקונאן
התשובה שלך היא למרבה הצער, גם שחצנית וגם מטופשת.
עדיף היה לו ניסית להבין את העניין הנדון לפני ששלחת את תגובתך האווילית.
אומר לך בקיצור כי, הסוגיה הנדונה מתייחסת רק לתהליך התגבשותו של ענן אבק. הנע במסלול אליפטי סביב כוכב, לפלנטה. כל זה לא אומר כי בתהליכים אחרים המתרחשים ביקום (למשל התפוצצות כוכב), לא יכולים להיווצר ולהיפלט לחלל הבין סולארי, גופים בגדלים שונים, לרבות גופים בגודל של מטר או מספר מטרים .
אף אחד לא מיתמודד עם האינסוף
האם זה לא אלוהיסטי לחפש תשובה
האם השערות מושכלות מביאות ברכה
האם הבהלה מאפסותינו מניעה את התהייה
הפרסום הזה הוא ממש פגיעה באינטליגנציה של כל אדם – אסטרופיזיקאי או לא.
המאמר הזה מתחיל מתיאור הבעייה שלפיה יש קושי גדול מאוד לגופים פלנטריים לעבור את מחסום הגדילה (= התחום שבין מטר לקילומטר); אז מה עושים המדענים המוכשרים שלנו בטכניון? הם פשוט מביאים מחוץ למערכת השמש גוף שהוא כבר בגודל של קילומטר, ואומרים שהוא ימשיך לגדול וליצור פלנטה. אבל ריבונו של עולם – איך נוצר הגוף הספציפי הזה?!?!? איך הגוף הזה מהחלל החיצון הצליח לחצות את מחסום הגדילה??? ולמה רק בחלל החיצון יכולים להיווצר גופים הגדולים מקילומטר ולא בתוך דיסקית אבק וחצץ, שדווקא בה קיים סיכוי גבוה יותר לפגיעות ולחיבור חלקיקים קטנים?
תיאוריה “מדעית” שטוענת שיש צורך בהבאת גוף גדול (שאף אחד לא יודע איך הוא נוצר) מחוץ לדיסקת מערכת השמש הקדומה לשם היווצרות פלנטות מזכירה לי טיעון דומה מאוד מימי הביניים, כאשר ההנחה הרווחת הייתה שכדור הארץ (למעשה אז האמינו שזה לוח מישורי ולא כדורי) מאוזן על גבי השיריון של צב ענק. כאשר הסקפטים בתקופה ההיא שאלו: “רגע, אבל על מה עומד הצב הזה?” התשובה הייתה: “מה זאת אומרת? הצב הזה עומד על גבי צב נוסף, שגם הוא עומד על צב נוסף, וכך הלאה – כל הדרך עד למטה!”.
ממש אבסורד. אם אלה התיאוריות שפיזיקאים בכירים מפתחים ומפרסמים במדיה מקצועית בינלאומית – ברור שהמין האנושי עדיין שרוי בימי הביניים האפלים.
לא הכי מבין באסטרונומיה. אבל זו תאוריה עפ”י מודלים.
לי דווקא נראה שעניין היצמדות החלקקים וככול שהם גדלים הם סופחים עוד .. דווקא לא נשמע לי הגיוני כי לי זה נראה כמו התנגשות ואם התנגשות באיזו מהירות ? ואז הכל נהיה לרסיסים
לא מובן לי
נתחיל עם זה שזה רק תאוריה.
מה אתם מחפשים נמצא הכל בתורה ספר בראשית.
שלא תחשבו שאני כתבתי את זה פשוט זרקתי נקודות והם לבד התחברו והפכו למשפט.
רק ארבע נקודות נשארו כמו שהם והפכו לנקודה בסוף משפט.
עדיין חסר משהו מהותי במודל
כבר יותר ממאה שנה שכל המודלים המוצעים לתהליך היווצרות פלנטות במערכות כוכבים, כולל ארץ במערכת השמש, מניחים כברירת מחדל שהחומר שהתקבץ בעננת הגזים והאבק הגיע ממערכות קודמות ואולי גם מגלקסיות “עתיקות” יותר, שם הם הועשרו באלמנטים “כבדים” חדשים, שנוצרו בליבות כוכבים מסיביים ופוזרו בפיצוצי סופר-נובה עוד לפני שנוצרו התנאים להתגבשות גופים מסיביים בתוך העננה המקומית. אז מה הבעיה עם המודלים האורתודוקסיים? יש לה שני פנים: מצד אחד המשיכה הגרביטציונית בין שני חלקיקי אבק היא זניחה יחסית ל”רעש התרמי” (תנועת בראון) שנוטה להפריד אותם. ומצד שני, חלקיק השרוי בתוך שדה גרביטציה הומוגני יחסית, שנוצר על ידי פיזור חלקיקים אחיד ותנועה סטוכטית, לא ימשך לאף חלקיק אחר בהעדפה הדרושה ליצירת גרעיני התגבשות. המודל המוצע ע”י חוקרי הטכניון מספק לכאורה פתרון Deus Ex Machina לבעיית גודל הגרעינים, בהנחה שאלו הגיעו מגובשים כבר ממערכות קודמות וכל מה שנותר לגרביטציה לעשות הוא להדביק מספיק שכבות אבק לסלע הגדול שהגיע מחוץ למערכת כדי שהוא יצמח לממדי פלנטה. יכול להיות. אבל כמו כל פתרון מסוג Deus Ex Machina הוא משאיר תחושה של החמצה של הסבר פונדמנטלי יותר.
לדעתי צריך לתקוף את הבעיה מנקודה אחרת. לא איך “נמציא” גרעין התגבשות על ידי יבוא גרעינים מוכנים ממערכות אחרות, אלא איזה כוח יכול להחליף את הגרביטציה בשלב זה של פיזור חומר הומוגני. לדוגמה: האם יוניזציה של חלקיקי אבק מסויימים, כתוצאה מספיגת קרינה בקרבת השמש הצעירה בה התחילו כבר תהליכי היתוך גרעיני (המלווים בקרינה אינטנסיבית בכל הספקטרום מ-UV עד Gama), יכולה לאתחל התגבשות נקודתית תחת כוחות אלקטרומגנטיים – שכן שום דבר לא מכריח אותנו להניח הומוגניות כימית של האבק! בהחלט יכול להיות, וסטטיסטית אפילו מחוייב המספרים הגדולים, שיהיו פרורי אבק הנוטים פחות או יותר לצבירת חשמל אלקטרוסטטי, חיובי או שלילי ביחס לחלקיקים אחרים בסביבתם המיידית. וגם אם בממוצע נפחים משמעותיים של אבק ישארו ניטרליים, נקודתית יווצרו גרעיני התגבשות, כמו גבישי שלג בענן.
מעניין כיצד הגיעו זרעים של דינוזאורים לכאן.
הם לא רכבו על אסטראיד ולא ישרדו על שביט.
הם הובאו לכאן בצורה מסודרת ,משהו בדומה
לתיבת נוח.
אני מניח שבקרוב נמצא עדויות לכך.
מעניין כיצד הגיעו זרעים של דינוזאורים לכאן.
הם לא רכבו על אסטראיד ולא ישרדו על שביט.
הם הובאו לכאן בצורה מסודרת ,משהו בדומה
לתיבת נוח.
אני מניח שבקרוב נמצא עדויות לכך.
יהודה היקר, תהיותך אכן מעוררות דיון שכן עצם המגיע עם אנרגיה קינטית למערכת יכול ליצור תגובות התנגשות.
ייתכן כמו כן כי עצמים הגיעו ממערכת שמש אחרת עם אנרגיה קינטית מינימלית שתאפשר לו (לעצם) להיות מעין ‘גרעין’ להתגבשות כוכב לכת.
אני משער כי יהיה מדובר בשילוב של נסיבות מקומיות וחיצוניות למערכת השמש שאפשרו את היצירה של ‘גרעינים’ אלו
לא ניראה לי שרק הגעתו של סלע ממערכת שמש אחרת היא זו שתיגרום להיווצרות כוכב לכת במערת השמש שלנו. .במסלולו של הגז הנע מסביב השמש הצעירה יש גז ואבק הנעים טיפה יותר מהר וטיפה יותר לאט ולכן לא תהיה לכוכבי הלכת הנוצרים בעייה לאסוף את החומר לכוכב לכת גדול. לי ניראה שגוף שיגיע מחוץ למערכת השמש ויחצה את מסלולי כוכבי הלכת הנוצרים דווקא עלול לסכן אותם ולמנוע את היווצרותם.
סלעים כאלה ישותפו בהיווצרות כוכבי לכת אצלנו אבל לא יהיו תנאי הכרחי להיווצרותם
אבל אולי אני טועה ולא לשכוח שאלו מחשבות של שלוש בלילה שעלולות להיות לא נכונות,
בכלל מרגיז אותי שסתם כך מתעלמים מכמות אדירה של חומר אפל שכידוע נימצא בכל מקום וניתן לספח לו כל מיני תכונות שתוכלנה לעסוק ביבוא ויצוא חומרי בנייה לכוכבי לכת
אז נא להגיב בעדינות
לילה טוב
סבדרמיש יהודה
מטורף!!