חייהם הפרועים של כוכבים (וכוכבי לכת) מזדקנים: עוזבים את הבית, מחליפים זוגות ומשתתפים בהתנגשויות אלימות

באמצעות אנליזה תיאורטית וסימולציות ממוחשבות הראו מדענים מהטכניון ומאוניברסיטת בולדר, קולורדו, כי התפתחותם של כוכבים ופלנטות במערכות ובהן שלושה גופים עשויה להוביל לתוצאות מפתיעות; כוכבים ופלנטות הסובבים סביב כוכב אחד עשויים לשנות את מסלולם

באמצעות אנליזה תיאורטית וסימולציות ממוחשבות הראו מדענים מהטכניון ומאוניברסיטת בולדר, קולורדו, כי התפתחותם של כוכבים ופלנטות במערכות ובהן שלושה גופים עשויה להוביל לתוצאות מפתיעות; כוכבים ופלנטות הסובבים סביב כוכב אחד עשויים לשנות את מסלולם ו”לקפוץ” אל כוכב אחר, בחלק גדול מן המקרים הם עלולים להתנגש עם הכוכב המארח או עם הכוכב אליו קיפצו, ובמקרים אחרים הם עשויים לברוח מן המערכת לחלוטין. למעשה, יתכן שתהליך זה מתאר את ההיסטוריה הפראית של הכוכב הזוהר ביותר בשמים, הלא הוא סיריוס. ממצאים אלה מעלים את האפשרות שהתנגשויות בין כוכבים הן נפוצות הרבה יותר (לפחות פי 30) מכפי שהיה נהוג לחשוב

רוב הכוכבים חיים לבד, בלי שותף, או שהם חולקים את חייהם עם כוכב-שותף בודד. עם זאת, לכ-15% מכלל הכוכבים יש לפחות שני שותפים, היוצרים יחד איתם מערכת משולשת. פלנטה (כוכב-לכת) יכולה “להתארח” גם במערכת בינארית – מערכת ובה שני כוכבים, ובכך היא (הפלנטה) נהיית רכיב במערכת משולשת. התפתחותם של כוכבים במערכות כאלו עשויה להוביל לתוצאות דרמטיות. הזדקנותם של כוכבים כרוכה בכמה שינויים עיקריים: כוכב יכול להתרחב לקוטר הגדול מאות מונים מגודלו המקורי, ואז לאבד את רוב המסה שלו ברוחות עזות ולסיים את חייו כשהוא מותיר רק ליבה, ננס לבן (או לסיים את חייו בהתפוצצות, ואז להשאיר אחריו כוכב ניוטרונים או חור שחור). התפתחותם של כוכבים בודדים נחקרה בהרחבה במאה השנים האחרונות, והתפתחותם של כוכבים בינאריים – מערכת שבה יכולים שני הכוכבים “להחליף חומרים” ביניהם – נחקרת במשך עשורים; בניגוד לכך, התפתחותם של כוכבים משולשים כמעט שלא נחקרה.

במחקרים האחרונים של פרופסור חגי פרץ מהפקולטה לפיסיקה בטכניון וד”ר קייטלין קראטר מאוניברסיטת בולדר, קולורדו, מערכות משולשות והתפתחותן ראויות לתשומת לב רבה יותר. “מערכות חד-כוכביות ובינאריות הן מערכות יציבות, ככלל,” אומר פרופסור פרץ. “מערכות משולשות, לעומת זאת, שבריריות הרבה יותר, ובמערכות משולשות מסוימות, אפילו שינוי זעיר במערכת עשוי להוביל לקונפיגורציה בלתי יציבה, הגוררת התפתחות דינמית כאוטית ופראית, המתרחשת תוך זמן קצר יחסית.”

החוקרים גילו כי המסה הנגרעת מאחד משלושת הרכיבים בשלישיה עם הזדקנותם עשויה להוביל לשינוי משמעותי במסלוליהם של שלושת הרכיבים זה סביב זה. מערכות רבות כאלה הופכות לבלתי יציבות, ושלושת הכוכבים עשויים להיקלע למחול דינמי פראי, שבו הכוכבים עשויים להחליף שותפים עד שאחד מהם נפלט מהמערכת. עם זאת, מאחר שהכוכב המאבד מסה מתנפח בדרך כלל בשלב זה, וגודלו מוכפל מאות מונים, הוא הופך למטרה גדולה, מה שמגביר משמעותית את סיכוייו להתנגש בכוכב אחר תוך כדי ה”מחול” הפראי. “בדרך כלל, כוכבים מתנגשים רק בסביבה צפופה של צבירי-כוכבים (מערכות ובהן מליוני כוכבים ממלאים נפח של כמה שנות אור בלבד; לשם השוואה, באותו נפח חלל בסביבת מערכת השמש שלנו יש רק כוכב אחד – השמש) שבה שני כוכבים שאינם קשורים זה לזה עשויים להתנגש במקרה. אפילו באיזורים צפופים כל-כך הסבירות להתנגשות כזו נמוכה מאוד, וברוב הגלקסיה שבה הצפיפות קטנה הרבה יותר, ניתן לומר כי התנגשויות מקריות כאלו לא קורות כלל.”
“גילינו כי כאשר מדובר במערכות משולשות, התמונה שונה לגמרי. התנגשויות בין כוכבים מחוץ לצבירי כוכבים צפופים עשויה להתרחש בקצב גבוה פי 30 מההתנגשויות האקראיות הקרות בתוך צבירים.”

המקרה המוזר של הכלב בשעת לילה, ופתרון חידתו של הכוכב הזוהר בשמיים-החוקרים גילו גם כי ייתכן שהתפתחות משולשת כזו רלוונטית לאחד הכוכבים הידועים ביותר, סיריוס – הכוכב הזוהר ביותר בשמים, והידוע גם בכינויו כוכב הכלב. סיריוס מלוּוה על ידי ננס לבן במערכת בינארית, אבל במסלול אליפטי מאוד. זוהי קונפיגורציה חריגה כשמדובר במערכת בינארית שאחד מרכיביה הוא ננס לבן קרוב; במערכות כאלה אנו מצפים למסלול מעגלי הרבה יותר, כתוצאה מהעברה של מסה מכוכב אחד לשותפו במהלך הזדקנות המערכת. המחקר האחרון מראה כי ניתן להסביר קונפיגורציה מוזרה זו, אם המערכת הבינארית של סיריוס היתה בעבר מערכת משולשת אשר התפתחה, נהייתה בלתי יציבה, ואחד משלושת רכיביה נזרק מן המערכת; מהלך שהפך אותה למערכת בינארית עם מסלול חריג. “ההבנה המפתיעה שתרחיש האבולוציה המשולשת שחקרנו עשוי גם לפתור חידה בת עשרות שנים, הרלבנטית אפילו לכוכב הזוהר בשמי הלילה שלנו, סיריוס, היא מאוד מלהיבה; נראה כי לסיריוס הייתה היסטוריה פראית הרבה יותר משאי פעם דמיינו”, אומר פרופסור פרץ.

כוכבי לכת מקפצים בין כוכבים- מה הייתם עושים אם השכונה בה גרתם הייתה מתחילה להידרדר ? האם הייתם שוקלים לעזוב לשכונה טובה יותר ? מסתבר שדבר דומה עשוי לקרות במערכות של כוכבי לכת. ד”ר קראטר ופרופסור פרץ בחנו גם מערכות שבהן אחד משלושת הרכיבים אינו כוכב אלא כוכב-לכת – פלנטה. “כאשר לכוכב המתפתח יש שותף כוכב-לכת קרוב ושותף כוכב רחוק, התוצאות יכולות להיות מפתיעות מאוד,” אומרת ד”ר קראטר. “פלנטה יכולה לנתר מן המסלול המקורי שלה סביב הכוכב המארח, ולהתחיל לחוג סביב הכוכב השני. ‘קפצנית-כוכבים’ כזו (star-hopper) עשויה לדלג פעמים רבות בין המארח המקורי לשותף השני, ולבסוף להתייצב על מסלול יציב סביב השותף. היא יכולה להישאר בסביבה החדשה עד סוף חייה, או לפחות עד שהכוכב-השותף יתחיל לאבד גם הוא חומר. בהשאלה אפשר לומר כי כשהשכונה הקרובה נעשית לא נוחה, הפלנטה קופצת לשכונה אחרת…” עם זאת, לסיפור הזה יש לעתים סוף גרוע יותר מבחינת הפלנטה, שכן היא עשויה להתנגש עם הכוכב הרחוק או עם המארח המקורי במהלך חילופי הזוגות הללו, וכך להיחרב ולאו דווקא למצוא סביבה “אוהדת”.