אסטרונומים גילו פרטים חדשים על זרימות גז המעצבות דיסקים יוצרי כוכבי לכת ומעצבות אותם לאורך זמן, ומציעים הצצה לאופן שבו מערכת השמש שלנו כנראה נוצרה
בכל שנייה, יותר מ-3,000 כוכבים נולדים ביקום הנראה. רבים מהם מוקפים במה שאסטרונומים מכנים דיסק פרוטו-פלנטרי – "פנקייק" מסתחרר של גז ואבק חם שממנו נוצרים כוכבי לכת. עם זאת, התהליכים המדויקים שמובילים להיווצרות כוכבים ומערכות פלנטריות עדיין אינם מובנים היטב.
צוות אסטרונומים בהובלת חוקרים מאוניברסיטת אריזונה השתמש בטלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א כדי להשיג כמה מהתובנות המפורטות ביותר לגבי הכוחות המעצבים דיסקים פרוטו-פלנטריים. התצפיות מציעות הצצות למראה של מערכת השמש שלנו לפני 4.6 מיליארד שנים.
באופן ספציפי, הצוות הצליח לעקוב אחר מה שמכונה רוחות דיסק בפירוט חסר תקדים. רוחות אלה הן זרמי גז הנושבים מהדיסק יוצר כוכבי הלכת אל החלל. מונעות בעיקר על-ידי שדות מגנטיים, רוחות אלה יכולות לנוע עשרות קילומטרים בשנייה אחת. ממצאי החוקרים, שפורסמו ב-Nature Astronomy, עוזרים לאסטרונומים להבין טוב יותר כיצד מערכות פלנטריות צעירות נוצרות ומתפתחות.
לדברי מחברת המאמר הראשית, אילריה פסקוצ'י, פרופסור במעבדה הירחית והפלנטרית של אוניברסיטת אריזונה, אחד התהליכים החשובים ביותר הפועלים בדיסק פרוטו-פלנטרי הוא אכילת חומר על-ידי הכוכב מהדיסק המקיף אותו, המכונה צבירה.
"האופן שבו כוכב צובר מסה משפיע מאוד על האופן שבו הדיסק המקיף מתפתח לאורך זמן, כולל האופן שבו כוכבי לכת נוצרים מאוחר יותר," אמרה פסקוצ'י. "הדרכים הספציפיות שבהן זה קורה לא היו מובנות, אבל אנחנו חושבים שרוחות המונעות על-ידי שדות מגנטיים על פני רוב שטח הדיסק עשויות לשחק תפקיד חשוב מאוד."
כוכבים צעירים גדלים על-ידי משיכת גז מהדיסק המסתחרר סביבם, אך כדי שזה יקרה, הגז חייב קודם כל לאבד חלק מהאינרציה שלו. אחרת, הגז היה מקיף את הכוכב באופן עקבי ולעולם לא נופל עליו. אסטרופיזיקאים מכנים תהליך זה "איבוד תנע זוויתי", אך טרם הובן כיצד בדיוק זה קורה.
כדי להבין טוב יותר כיצד תנע זוויתי פועל בדיסק פרוטו-פלנטרי, אפשר לדמיין מחליקה על הקרח: קיפול זרועותיה לצד גופה יגרום לה להסתובב מהר יותר, בעוד שמתיחתן תאט את הסיבוב שלה. מכיוון שהמסה שלה אינה משתנה, התנע הזוויתי נשאר זהה.
כדי שתתרחש צבירה של גז, גז לאורך הדיסק חייב לאבד תנע זוויתי, אך לאסטרופיזיקאים קשה להסכים על האופן המדויק שבו זה קורה. בשנים האחרונות, רוחות דיסק הפכו לשחקנים חשובים המנתבים חלק מהגז משטח הדיסק – ואיתו, תנע זוויתי – מה שמאפשר לגז הנותר לנוע פנימה ובסופו של דבר ליפול על הכוכב.
מכיוון שישנם תהליכים נוספים הפועלים ומעצבים דיסקות פרוטופלנטריות, חשוב מאוד להבחין בין התופעות השונות, לדברי המחברת השנייה של המאמר, טרייסי בק ממכון המדע של טלסקופ החלל של נאס"א.
בעוד שחומר בקצה הפנימי של הדיסקה נדחף החוצה על-ידי השדה המגנטי של הכוכב במה שמכונה רוח-X, החלקים החיצוניים של הדיסקה נשחקים על-ידי אור כוכבים עז, מה שמוביל לרוחות תרמיות, הנושבות במהירויות נמוכות בהרבה.
"כדי להבחין בין הרוח המונעת על-ידי השדה המגנטי, הרוח התרמית ורוח ה-X, היינו זקוקים באמת לרגישות ולרזולוציה הגבוהות של JWST (טלסקופ החלל ג'יימס ווב)," אמרה בק.
בניגוד לרוח ה-X הממוקדת, הרוחות שנצפו במחקר הנוכחי מקורן באזור רחב יותר שיכלול את הכוכבים הסלעיים הפנימיים של מערכת השמש שלנו – בערך בין כדור הארץ למאדים. רוחות אלה מתפשטות גם רחוק יותר מעל הדיסקה מאשר רוחות תרמיות, ומגיעות למרחקים של מאות פעמים המרחק בין כדור הארץ לשמש.
"התצפיות שלנו מרמזות על כך שהשגנו את התמונות הראשונות של הרוחות שיכולות להסיר תנע זוויתי ולפתור את הבעיה הממושכת של כיצד נוצרים כוכבים ומערכות פלנטריות," אמרה פסקוצ'י.
למחקרם, החוקרים בחרו ארבע מערכות דיסקה פרוטופלנטריות, שכולן נראות מהצד כאשר מסתכלים עליהן מכדור הארץ.
"הכיוון שלהן איפשר לאבק ולגז בדיסקה לפעול כמסכה, חוסמת חלק מאור הכוכב המרכזי הבהיר, שאחרת היה מאפיל על הרוחות," אמר נאמן באג'אג', סטודנט לתואר שני במעבדה הירחית והפלנטרית שתרם למחקר.
על-ידי כיוון הגלאים של JWST למולקולות מסוימות במצבי מעבר מסוימים, הצוות הצליח לעקוב אחר שכבות שונות של הרוחות. התצפיות חשפו מבנה תלת-ממדי מורכב של סילון מרכזי, מקונן בתוך מעטפת בצורת חרוט של רוחות שמקורן במרחקי דיסקה גדלים בהדרגה, בדומה למבנה השכבתי של בצל. ממצא חדש חשוב, לפי החוקרים, היה הגילוי העקבי של חור מרכזי בולט בתוך החרוטים, שנוצר על-ידי רוחות מולקולריות בכל אחת מארבע הדיסקות.
בשלב הבא, צוותה של פסקוצ'י מקווה להרחיב תצפיות אלה לדיסקות פרוטופלנטריות נוספות, כדי להגיע להבנה טובה יותר לגבי כמה נפוצים מבני רוח הדיסקה שנצפו ביקום וכיצד הם מתפתחים לאורך זמן.
"אנחנו מאמינים שהם יכולים להיות המקרה הנפוץ או הסטנדרטי, אבל עם ארבעה אובייקטים, קשה קצת לומר," אמרה פסקוצ'י. "אנחנו רוצים לקבל מדגם גדול יותר עם ג'יימס ווב, ואז גם לראות אם נוכל לזהות שינויים ברוחות האלה כאשר כוכבים מתאספים וכוכבי לכת נוצרים."
עוד בנושא באתר הידען:
