היווצרות כוכב לכת היא דבר שקשה לשמצה לצפייה. כוכבי לכת בהתהוות טמונים בתוך רחמים מאובקים שמתנגדים למיטב מאמצי התצפית שלנו. אבל לאחרונה, אסטרונומים התקדמו בהדמיה של יילודים פלנטריים אלה.
מחקר חדש מציג את התמונות הישירות הראשונות אי פעם של כוכבי לכת תינוקות תאומים שנוצרים סביב הכוכב שלהם.
כותרת המחקר ' הדמיית Keck/NIRC2 L'-band של פרוטופלנטות המצטברות מסה Jovian סביב PDS 70 .' המחבר הראשי הוא ג'ייסון וואנג מ-Caltech. המחקר פורסם ב-The Astronomical Journal.
האמא הגאה היא PDS 70 , כוכב בקבוצת הכוכבים קנטאורוס. הוא נמצא במרחק של כ-370 שנות אור, ויש לו מסה של כ-0.82 מסות שמש. PDS 70 נמצא בשנות הלידה הראשונות שלו: רק כ-10 מיליון שנים.
כשזה מגיע להיווצרות כוכבי לכת, יש שתי דרכים שזה קורה: הצטברות הליבה וחוסר יציבות דיסק.
הצטברות ליבה של כוכב לכת יבשתי מתחילה באבק. ברגע שמצטבר מספיק אבק יחד, הוא יוצר כוכב לכת בגודל סלע. פלנטזימלים גדולים יותר יכולים לצבור קטנים יותר, בעוד שחלק מהפלנטזימלים מתנגשים ומתנפצים. במשך פרק זמן ארוך מספיק, מספיק חומר סלעי נאסף כדי ליצור פלנטזימלים בגודל של הרים. בהינתן יותר זמן וחומר, פרוטופלנט מתלכד. בסופו של דבר, פרוטו-כוכב הלכת גדל מספיק כדי להיות כוכב לכת, ובשלב מסוים, הוא סחף את כל החומר הזמין, ומפסיק לגדול.
ישנם כמה פערים בהבנתנו את התהליך, אך בסופו של דבר נוצרים כוכבי לכת באמצעות הצטברות, הן כוכבי לכת סלעיים והן ענקי גזים. והכל מתרחש מאחורי צעיף מאובק.
במחקר זה, מדענים מציגים ראיות לשני כוכבי לכת בגודל ג'וביאני הנוצרים סביב PDS 70 באמצעות הצטברות ליבה.
כוכב הלכת הראשון, PDS 70b, צולם למעשה לראשונה בשנת 2018. תמונות של אחיו, PDS 70c, הגיעו בעקבותיו בשנת 2019. שניהם התגלו עם הטלסקופ Very Large Telescope של מצפה הכוכבים הדרומי האירופי. אבל בהתחלה, התמונות היו מבלבלות, ולא ניתן להבחין בקלות בתוך דיסקת החומר המקיפה את הכוכב.
התמונה של PDS 70b משנת 2018. זה ממכשיר SPHERE ב-VLT. כוכב הלכת הוא הנקודה הבהירה מימין למרכז. הכוכב במרכז מושחר על ידי הקורונוגרפים. קרדיט תמונה: מאת ESO/A. מולר וחב', CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=70463981
'היה בלבול מסוים כאשר שני פרוטו-כוכבי הלכת צולמו לראשונה', אמר ג'ייסון וואנג, עמית קרן Heising-Simons 51 Pegasi b ב-Caltech והמחבר הראשי של המחקר. 'עוברי כוכב לכת נוצרים מדיסקת אבק וגז המקיפה כוכב שזה עתה נולד. החומר המקיף הזה מצטבר על פרוטופלנט, ויוצר מעין מסך עשן שמקשה על הבדלה בתמונה בין הדיסק המאובק והגזי לבין כוכב הלכת המתפתח'.
תמונה ישירה של PDS 70 פרוטופלנטות B ו-C (מסומן בחצים לבנים) כשהדיסק הגלגלי הוסר. התמונה צולמה באמצעות מערכת האופטיקה האדפטיבית ששודרגה לאחרונה של מצפה הכוכבים W.M. KECK.
קרדיט תמונה: J. Wang, Caltech
כפי שמציין המחבר הראשי ג'ייסון וואנג, הייתה אי ודאות מסוימת סביב התמונות המקוריות של צמד כוכבי הלכת. במחקר זה, הצוות השתמש בחיישן חזית גל חדש של פירמידה אינפרא אדום לתיקון אופטיקה אדפטיבית (AO) במצפה הכוכבים W.M. Keck במאונקיאה בהוואי. התצפיות הללו אישרו את קיומם של ענקי הגז האחים.
מערכת PDS 70 היא כעת המערכת הרב-כוכבית הידועה הראשונה שבה יכולים מדענים לצפות בכוכבי הלכת מתהווים.
כדי לאשר את קיומו של הזוג, הצוות של וואנג פיתח שיטה חדשה להתיר את כוכבי הלכת עצמם מהדיסק המקיף.
'אנחנו יודעים שצורת הדיסק צריכה להיות טבעת סימטרית סביב הכוכב בעוד שכוכב לכת צריך להיות נקודה בודדת בתמונה', אמר וואנג. 'אז גם אם נראה שכוכב לכת יושב על גבי הדיסק, מה שקורה ב-PDS 70c, בהתבסס על הידע שלנו על איך הדיסק נראה לאורך כל התמונה, נוכל להסיק כמה בהיר הדיסק צריך להיות במיקום של פרוטופלנט ולהסיר את אות הדיסק. כל מה שנשאר זה הפליטה של כדור הארץ'. פשוט, נכון?
התרשמות האמן ממערכת PDS 70. שני כוכבי הלכת נראים מפנים פער בדיסק הפרוטופלנטרי שממנו נולדו. כוכבי הלכת מחוממים על ידי חומר נופל שהם צוברים באופן פעיל, והם זוהרים באדום. שימו לב שכוכבי הלכת והכוכב אינם בקנה מידה והם יהיו קטנים בהרבה בהשוואה להפרדות היחסיות שלהם. קרדיט תמונה: W.M. Keck Observatory/ אדם מקרנקו
למצפה הכוכבים קק בהוואי יש שני טלסקופים נפרדים באורך 10 מטר (33 רגל), הנקראים Keck I ו-Keck II. ל-Keck II יש את מצלמה קרובה לאינפרא אדום (NIRC2). בשילוב עם אופטיקה מתקדמת וחיישן חזית גל חדש של פירמידה אינפרא אדום, הטלסקופ עשה קפיצת מדרגה בחקר כוכבי לכת חיצוניים, והיה המפתח לאישור שני כוכבי הלכת שנוצרו סביב PDS 70.
'טכנולוגיית גלאי האינפרה-אדום החדשה המשמשת בחיישן חזית הגל הפירמידה שלנו שיפרה באופן דרמטי את יכולתנו לחקור כוכבי לכת חיצוניים, במיוחד אלה סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה שבהם מתרחשת באופן פעיל היווצרות כוכבי לכת', אמר סילבן צ'טר, מהנדס תוכנה במצפה הכוכבים קק ואחד המובילים. מפתחי שדרוג AO. 'זה גם יאפשר לנו לשפר את האיכות של תיקון ה-AO שלנו עבור מטרות קשות יותר לצלם כמו מרכז הגלקסיה שלנו.'
ה-Keck II עם כוכב מדריך הלייזר שלו. כוכב המדריך משמש לכיול מערכת האופטיקה האדפטיבית של הטלסקופ. קרדיט תמונה: מצפה הכוכבים Keck/Dick Lundholm
לפי המחקר, PDS 70b הוא ענק גז בין 2 ל-4 מסות צדק. 70 b הוא בערך 1000 מעלות צלזיוס, יש לו דיסק צבירה משלו, ויש לו רדיוס מסלול של כ-3.2 מיליארד ק'מ. 70b הוא אחד מכוכבי הלכת המצולמים הצעירים ביותר, בערך בן 5.4 ± 1.0 מיר. המחברים אומרים שכעת אין ספק שזהו כוכב לכת, וכותבים 'כמו שזה היה בבירור בתוך הפער בדיסק, PDS 70 b הוא חד משמעי כוכב לכת ולא תכונת דיסק.'
PDS 70c הוא בין 1 ל-3 מסה של צדק. מרחק המסלול שלו גדול בהרבה מכוכב הלכת האחר, כ-5.3 מיליארד ק'מ. 70c נמצא בתהודה מסלולית של 1:2 עם 70b, כלומר 70c משלים מסלול אחד של הכוכב עבור כל שני מסלולים ש-70b משלים.
התבוננות בטכנולוגיה מתחזקת יותר ויותר, ואנו משתפרים בהצצה אל הדיסקים המקיפים סביב כוכבים צעירים, שבהם נוצרים כוכבי לכת. מכשיר SPHERE בטלסקופ Very Large של ESO תפס אוסף של תמונות של הדיסקים סביב כוכבים צעירים. הפירוט בתמונות גדול יותר מכל תמונות קודמות, וחושף מגוון מדהים של צורות וגדלים. בתוך כל הדיסקים הללו, כנראה נוצרים כוכבי לכת כמו PDS 70b ו-70c. תמונה: ESO/H. Avenhaus et al./E. שיתופי פעולה Sissa et al./DARTT-S ו-SHINE
שני כוכבי הלכת החיצוניים מראים עדויות לדיסקות חומר מחזוריות משלהם, מה שמראות שכוכבי הלכת עדיין גדלים. ברגע שהם סחפו את כל החומר הזמין מהדיסק המקיף אל הדיסקים המעגליים שלהם, הם יפסיקו לגדול.
PDS 70b מראה כמה עדויות לספיגת מים בספקטרום שלו, אבל זה קלוש מאוד. למעשה, מכיוון שהם עדיין גדלים, צוות המדענים חושב שאין זה סביר שיש להם אטמוספרות ניתנות לזיהוי בשלב זה, או לפחות אף אחת שמתאימה למודלים פלנטריים. 'בהתחשב בעובדה ששני כוכבי הלכת הללו אינם דומים לכוכבי הלכת אחרים המצולמים ישירות ולגמדים חומים בכך שהם עדיין מצטברים מהדיסק המקיף, אנו מציינים שסביר מאוד ששום מודל אטמוספרי קיים לא מתאר במדויק את ה-SED שלו'
הם גם מציינים שלכוכבי הלכת יש מסות נמוכות מאוד, בהשוואה לכוכבי לכת אחרים המצולם. 'הערכות המסה הופכות את PDS 70 b ו-c לשניים מכוכבי הלכת בעלי המסה הנמוכה ביותר עד כה', הם כותבים.
מחקר זה הוא דוגמה מצוינת לאופן שבו טכנולוגיה יכולה להניע גילוי. ללא התוספת של חיישן האינפרא אדום החדש בטלסקופ Keck II, אישור כוכב הלכת הזה לא היה אפשרי.
'טכנולוגיה חדשה היא מכפיל מדעי', אומר פיטר קורצ'ינסקי, מנהל התוכנית ב- קרן המדע הלאומית , שתרם מימון לפרויקט זה. 'זה מאפשר חקירות שלא היו אפשריות קודם לכן'.