מה קורה לכוכבי לכת כשהשמש שלהם מסיימת את חייה? גילוי ראשון של כוכב לכת המקיף ננס לבן מספק תשובה מפתיעה
אסטרונומים מבריטניה, גרמניה וצ'ילה זיהו לראשונה כוכב לכת המקיף כוכב מסוג ננס לבן. להערכתם גודלו של כוכב הלכת דומה לזה של כוכב הלכת נפטון (רהב, בעברית). בגלל הקרינה העזה הנפלטת מהכוכב שהוא מקיף, כוכב הלכת עצמו מתאדה במהירות ויוצר דיסקה של גז סביב הננס הלבן. המחקר מתפרסם בכתב העת Nature.
עקבות של גופרית
המערכת המוזרה התגלתה במקרה, כשהחוקרים בחנו כ-7,000 ננסים לבנים שצולמו במסגרת סקר סלואן (Sloan Digital Sky Survey), הממפֶּה אזורים נרחבים של השמיים. הם הבחינו בדפוס ייחודי של שינוי בעוצמת האור המגיע מאחד מהם, כוכב בשם WDJ0914+1914, המרוחק כ-1,500 שנות אור מאיתנו. הם ניתחו את הרכב האור בעזרת ספקטרוסקופ משוכלל המותקן על אחד הטלסקופים של מצפה הכוכבים הדרום אירופי, השוכן במדבר אטקאמה בצ'ילה, שם יש תנאי תצפית אופטימליים. ספקטרוסקופ הוא מכשיר שמאפשר לזהות חתימה כימית של חומרים שונים על פי אורכי הגל, ובעזרתו גילו החוקרים נוכחות של מימן, חמצן וגופרית, חומרים שאינם נפוצים בננסים לבנים. הממצא המפתיע עוד יותר היה שהחומרים לא נמצאו בכוכב עצמו אלא במעין דיסקה שמקיפה אותו.
החוקרים חשבנו תחילה שמדובר במערכת של שני כוכבים, והדיסקה נוצרת כשכוכב אחד סופח את החומר של האחר. אבל התצפיות שלנו העלו כי מדובר בכוכב יחיד, עם דיסקה ענקית המורכבת בעיקר ממימן, חמצן וגופרית. "זה דבר שלא נראה עד כה, והיה ברור לי שמדובר בכוכב ייחודי", אמר בוריס גנסיקה (Gänsicke) מאוניברסיטת ווריק באנגליה, שהוביל את המחקר. "שיערנו שאולי הוא קשור לשריד פלנטרי כלשהו".
צוות החוקרים ניסה להבין את פשר התופעה המוזרה, עד שעלה בדעתם כי הרכב הגזים שזיהו בדיסקה דומה מאוד להרכב המשוער של השכבות העמוקות בכוכבי הלכת אורנוס (אוֹרוֹן) ונפטון – ענקי הקרח של מערכת השמש שלנו. הם שיערו שהחום העז שפולט הננס הלבן הזה, כ-28 אלף מעלות צלזיוס על פני השטח שלו – חם פי חמישה בערך מהשמש שלנו – מאדה את כוכב הלכת המקיף אותו. הגזים הנפלטים מכוכב הלכת מקיפים את הננס הלבן בצורת דיסקה, שנספחת אל הכוכב עצמו בקצב של כ-3,000 טונות בשנייה.
סרטון קצרצר שמדגים איך נראית המערכת של WDJ0914+1914 בעיני אמן (מקור: ESO/M. Kornmesser):
מחשב מסלול מחדש
רוב הכוכבים מייצרים את האנרגיה שלהם בהיתוך גרעיני של מימן להליום. בשלב מסוים, כשהדלק שלהם אוזל, התהליכים הגרעיניים גורמים להם להתנפח לגוף שנקרא "ענק אדום". כשזה יקרה לשמש שלנו, בעוד כחמישה מיליארד שנים, הענק האדום יבלע את כוכבי הלכת הקרובים לשמש – חמה, נוגה וכדור הארץ. כשהענק האדום מאבד את השכבות החיצוניות שלו, נותרת רק ליבתו המורכבת בעיקר מפחמן וחמצן. כוכבים גדולים יחסית ימשיכו בהיתוך הגרעיני של החומרים האלה, אבל עבור כוכבים קטנים יותר זהו סוף הדרך: מה שנותר מהם הוא ננס לבן, כוכב קטן ודחוס מאוד שבוהקו מתעמעם אט-אט במשך מאות מיליוני שנים.
משמש לענק אדום ב-40 שניות: סרטון קצרצר מדגים איך זה עשוי להיראות:
החוקרים סבורים כי כוכב הלכת של WDJ0914+1914 הקיף אותו עוד כשהיה שמש פעילה, והצליח לשרוד גם כשהוא התנפח לענק אדום. על פי חישוביהם, כוכב הלכת מקיף את הננס הלבן במרחק של 10 מיליוני קילומטרים בלבד ומשלים הקפה סביבו כל עשרה ימים. לשם השוואה, כוכב הלכת חמה, הקרוב ביותר לשמש שלנו, מרוחק ממנה כ-60 מיליון קילומטרים בממוצע ומקיף אותה במשך 88 ימים. בקרבה כה גדולה לכוכב כה לוהט, אין פלא שהקרח של כוכב הלכת מתאדה במהירות עצומה.
מכיוון שננסים לבנים הם גופים צפופים מאוד, שהמסה הגדולה שלהם דחוסה בנפח קטן, החוקרים מעריכים כי גודלו של כוכב הלכת כפול מגודל הכוכב שהוא מקיף. למרות הבדלי הגודל, החוקרים אינם יכולים לצפות ישירות בכוכב הלכת, והגילוי מבוסס על שילוב של מודלים תיאורטיים עם המדידות של הכוכב עצמו ושל הרכב הדיסקה הייחודית העוטפת אותו.
האם כך תיראה מערכת השמש שלנו בעתיד? ננס לבן מושך אליו את כוכבי הלכת שנותרו | איור: University of Warwick/Mark Garlick
על פי הערכת החוקרים, מסלולו של כוכב הלכת השתנה במהלך השינויים שחלו בכוכב עצמו, והוא נמשך כנראה קרוב יותר אליו כשהפך לננס לבן. ייתכן שהסיבה להתקרבות הייתה התנגשות בין כוכבי לכת נוספים ששרדו את שלב הענק האדום, והחוקרים מקווים כי הגילוי הראשון של כוכב לכת סביב ננס לבן יסלול את הדרך למציאת עוד כוכבי לכת כאלה, ולהבנה טובה יותר של גורל כוכבי הלכת בסיום חייהם של מערכות שמש.
"התגלית הזאת פותחת חלון חדש להבנת גורלן של מערכות פלנטריות", סיכם גנסיקה. "עד לאחרונה, אסטרונומים מעטים מאוד בחנו את גורל המערכות הפלנטריות של כוכבים גוססים. הגילוי של כוכב לכת המקיף מקרוב ליבה של כוכב שסיים את חייו ממחיש כיצד היקום מאתגר אותנו שוב ושוב לשקול את התפיסות שלנו מחדש".
סרטון קצר של סוכנות החלל האירופית שמסביר את המחקר (באנגלית):
