נייצ’ר חושף מדוע “צדקים חמים” נעים הפוך?

מחקר המתפרסם היום בכתב העת נייצ’ר בראשות סמדר נאוז חוקרת לשעבר מאוניברסיטת תל-אביב הנמצאת בפוסט בארה”ב עונה על החידה מדוע כוכבי לכת רבים במערכות שמש אחרות נעות בכיוון מנוגד לכיוון סיבוב השמש שלהם ומדוע לא מעטים מהם, בהם כאלו הגדולים מכוכב הלכת צדק נמצאים בקרבה חזקה לשמש שלהם. המחקר גם מביא תובנות חדשות לגבי מערכת השמש שלנו

למעלה מ-500 כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש התגלו מאז שנת 1995. ואולם בשל התפתחות הטכנולוגיה, רק בשנים האחרונות הבחינו האסטרונומים בכך שכמה מהם סובבים את השמשות שלהם בכיוונים הפוכים. רבים מכוכבי הלכת הללו מכונים צדקים חמים בהיותם גדולים כמו צדק או גדולים ממנו (לעיתים אף פי כמה), ואולם בניגוד למצב במערכת השמש בו כוכב הלכת צדק מרוחק מאוד מהשמש, מדובר בכוכבי לכת הנמצאים בקרבה גדולה מאוד לשמש שלהם, עד כדי כך שלוקח להם ימים ספורים להקיף את השמש שלהם, בהשוואה לכמעט שלושה חודשים שלוקח לכוכב הלכת הקרוב ביותר לשמש – כוכב חמה להקיף אותה.

כיצד הגיעו כוכבי הלכת הללו ממקומם באמצע מערכת השמש לקרבה כל כך גדולה לשמש ובמיוחד מדוע שיעור לא קטן מתוכם – כמחצית – נעים בכיוון ההפוך. שתי חידות אלה נפתרות בבת אחת במחקר שתוצאותיו מתפרסמות היום בכתב העת נייצ’ר, בראשותה של ד”ר סמדר נאוז, החוקרת במסגרת פוסט דוקוטרט באוניברסיטת נורת’ווסטרן, ביחד עם ד”ר וויל פאר, פרופ’ יורם ליטוויק (אף הוא ישראלי לשעבר, אך השלים את לימודיו בארה”ב), פרופ’ פרד ראסיו והדוקטורנט ז’אן דה סדיה.

לדברי ד”ר נאוז, שהשלימה את התואר השלישי בביה”ס לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה באוניברסיטת ת”א, עצם הגילוי סתר תיאוריה רבת שנים של היווצרות מערכות שמש, ואשר התבססה בעיקר על מערכת השמש שלנו שהתבררה כחריגה בנוף כאשר בה כל כוכבי הלכת נעים עם ציר הסיבוב של השמש, ופחות או יותר במישור קו המשווה שלה. “כשמסתכלים על מערכות השמש האחרות שהתגלו רואים שמחצית מכוכבי הלכת שניתן למדוד להם את ציר הסיבוב נמצאים מעל או מתחת למישור המשווני ושבמחצית מכוכבי לכת אלו, כוכבי הלכת נעים בכיוונים מנוגדים.
הדבר חייב את הצוות בנורת’ווסטרן לשנות במקצת לבנות מחדש את התיאוריה בדבר יצירת מערכות השמש,על ידי הוספת גוף נוסף, חיצוני המשפיע עליה. בתיאוריה הקיימת דובר על כך שבתחילה יש ענן גז ואבק שמתחיל להסתחרר. ואז נוצרת במרכזו השמש, ובמישור המשווה שלה נוצרים משאריות ענן הגז כוכבי הלכת שממשיכים להקיף אותה באותו מישור ובאותו כיוון בו היא גם מסתובבת סביב צירה.

באמצעות הוספת גורם חיצוני למודל – כוכב לכת או כוכב מלווה (שמש נוספת במערכות כוכבים כפולות) נמצא מעל מישור המשווה, והוא מושך אליו במקצת את כוכבי הלכת. באמצעות שימוש בחוקי ניוטון הותיקים ובכוחות הגיאות הפועלים על כוכב הלכת ברגע שהתקרב במידה מספקת לשמש שלו, הצליחו החוקרים לבנות מודל מתמטי, להוכיח אותו ולבנות על בסיסו סימולציה. לפי המודל, מסבירה ד”ר נאוז: “כדי להראות את התופעה ולפשט את ההסבר התמקדנו במערכת שיש בה שמש ועוד כוכב לכת אחד, כמו צדק הנמצא במרחק של צדק מהשמש שלו, וכוכב לכת נוסף בעל מסלול אליפטי המשפיע על כוכב הלכת דמוי צדק שנמצא בתחילה במסלול כמעט מעגלי במישור המשווני ובכיוון שבו מסתובבת השמש סביב צירה בשלב הראשוני. כשמתקיימת מערכת בתצורה כזו רואים שלאט לאט, השפעת הגוף החיצוני מתחילה להשפיע על מסלול כוכב הלכת הפנימי וזה מתחיל להתנדנד בין המסלול המקורי שלו לבין מסלול אליפטי.

כאשר הוא עולה מעל המישור המשווני או יורד מתחתיו, מסלולו מעגלי וכשהוא קרוב למישור, מסלולו מאוד אליפטי. עם הזמן, מסלולו נעשה אליפטי יותר ויותר עד שאחד המוקדים הופך קרוב מאוד לשמש ואז יש לה אפשרות ללכוד אותו במסלול קרוב בעזרת כוחות הגיאות.”

עד כאן יש הסבר כיצד הגיע כוכב לכת כמו צדק למסלול שבו הוא מקיף את השמש במרחק קצר, אך מדוע ב-50% מהמקרים הוא גם מקיף אותה בכיוון הפוך לכיוון הסיבוב?

לדברי ד”ר נאוז מהמודל שבנו הסתבר כי התנודות בין צורת המסלול לבין גובה המסלול מעל המישור כה גדולות, שבכחמישים אחוז מהמקרים המסלול מתהפך”. עכשיו השאלה באיזה שלב במסלולו השמש תופסת אותו, אם היא תופסת אותו במקרה כשהוא בכיוון המנוגד לכיוון הקפתה העצמית, זה יהיה הכיוון בו הוא יקיף אותה לנצח.
“המודל שלנו מתאים לתצפיות, הוא גם די פשוט מסתמך בעיקר על חוקי ניוטון, על תהליך שהיה ידוע משנות השישים, הבעיה היא שבצורה בה השתמשו במודל במשך חמישים שנה היתה שגיאה. הפיזיקה שם, פשוט אנשים שגו בצורה שבה עשו את החישובים במשך חמישים שנה, הצות שלנו תיקן את השגיאה וכעת הוא מסביר היטב את החישובים.” מסכמת ד”ר נאוז.