בשנת 2003, האבל סיפק עדות לכוכב הלכת עצום מסביב לכוכב ישן מאוד. לכוכבים כאלה יש רק כמויות קטנות של יסודות כבדים יותר שהם אבני הבניין של כוכבי לכת. זה מרמז שהיווצרות כוכבי לכת התרחשה כשהיקום שלנו היה צעיר מאוד, ולכוכבי הלכת האלה היה זמן להיווצר ולגדול בתוך הדיסקים הקדמוניים שלהם, אפילו יותר מצדק. אבל איך? כדי לענות על שאלה זו, אסטרונומים השתמשו בטלסקופ החלל של נאס"א/ESA/CSA ג'יימס ווב כדי לחקור כוכבים בענן המגלן הקטן הסמוך, שבדומה ליקום המוקדם, חסר כמויות גדולות של יסודות כבדים. הם גילו שלא רק שלכמה כוכבים שם יש דיסקיות יוצרות כוכבי לכת, אלא שהדיסקות האלה מאריכות חיים מאלו שנראו סביב כוכבים צעירים בגלקסיית שביל החלב שלנו.
תמונת Webb זו מציגה את NGC 346, צביר כוכבים מסיבי בענן מגלן הקטן. עיגולים צהובים על התמונה מציינים את מיקומם של עשרת הכוכבים שנסקרו במחקר. קרדיט תמונה: NASA / ESA / CSA / STScI / Olivia C. Jones, UK ATC / Guido De Marchi, ESTEC / Margaret Meixner, USRA.
"עם ווב, יש לנו אישור ממש חזק למה שראינו עם האבל, ועלינו לחשוב מחדש כיצד אנו מדגמים היווצרות כוכבי לכת ואבולוציה מוקדמת ביקום הצעיר", אמר ד"ר גידו דה מרצ'י, חוקר בחקר החלל האירופי מרכז טכנולוגיה.
"ביקום המוקדם, כוכבים נוצרו בעיקר ממימן והליום, וממעט מאוד יסודות כבדים יותר כמו פחמן וברזל, שהגיעו מאוחר יותר באמצעות פיצוצי סופרנובה."
"המודלים הנוכחיים חוזים שעם כל כך מעט יסודות כבדים יותר, לדיסקות סביב כוכבים יש אורך חיים קצר, כל כך קצר למעשה עד שכוכבי לכת לא יכולים לגדול", אמרה ד"ר אלנה סבי, המדענית הראשית של מצפה הכוכבים במצפה הכוכבים ב-NOIRLab של NSF.
"אבל האבל כן ראה את כוכבי הלכת האלה, אז מה אם המודלים לא היו נכונים ודיסקים יכולים לחיות יותר?"
כדי לבדוק את הרעיון הזה, האסטרונומים אימנו את ווב על, גלקסיה ננסית שהיא אחת השכנות הקרובות ביותר של שביל החלב.
במיוחד, הם בחנו את הצביר המסיבי ויוצר כוכבים, שגם בו יש מחסור יחסי באלמנטים כבדים יותר.
הצביר שימש פרוקסי סמוך לחקר סביבות כוכבים עם תנאים דומים ביקום המוקדם והמרוחק.
תצפיות האבל של NGC 346 מאמצע שנות ה-2000 חשפו כוכבים רבים בני כ-20 עד 30 מיליון שנה, שנראה שעדיין יש סביבם דיסקיות יוצרות כוכבי לכת.
זה נוגד את האמונה המקובלת שדיסקים כאלה יתפוגגו לאחר 2 או 3 מיליון שנים.
"ממצאי האבל היו שנויים במחלוקת, ולא רק נגד ראיות אמפיריות בגלקסיה שלנו אלא גם נגד המודלים הנוכחיים", אמר ד"ר דה מרצ'י.
"זה היה מסקרן, אבל בלי דרך להשיג ספקטרום של הכוכבים האלה, לא יכולנו באמת לקבוע אם אנחנו עדים להצטברות אמיתית ונוכחות של דיסקים, או רק כמה אפקטים מלאכותיים."
כעת, הודות לרגישות ולרזולוציה של ווב, למדענים יש את הספקטרום הראשון אי פעם של היווצרות כוכבים דמויי שמש וסביבותיהם המיידיות בגלקסיה סמוכה.
"אנו רואים שהכוכבים האלה אכן מוקפים בדיסקים והם עדיין בתהליך של לזלול חומר, אפילו בגיל מבוגר יחסית של 20 או 30 מיליון שנה", אמר דה מרצ'י.
"זה גם מרמז שלכוכבי לכת יש יותר זמן להיווצר ולצמוח סביב הכוכבים האלה מאשר באזורים סמוכים ליצירת כוכבים בגלקסיה שלנו."
ממצא זה מפריך תחזיות תיאורטיות קודמות שכאשר יש מעט מאוד יסודות כבדים יותר בגז סביב הדיסק, הכוכב היה מפוצץ מהר מאוד את הדיסק.
אז חיי הדיסק יהיו קצרים מאוד, אפילו פחות ממיליון שנים.
אבל אם דיסקית לא נשארת מסביב לכוכב מספיק זמן כדי שגרגרי האבק יידבקו זה לזה וחלוקי נחל ייווצרו ויהפכו לליבה של כוכב לכת, איך יכולים להיווצר כוכבי לכת?
החוקרים הסבירו שיכולים להיות שני מנגנונים נפרדים, או אפילו שילוב, כדי שדיסקות יוצרות כוכבי לכת יחזיקו מעמד בסביבות דלות ביסודות כבדים יותר.
ראשית, כדי להיות מסוגל לפוצץ את הדיסק, הכוכב מפעיל לחץ קרינה.
כדי שהלחץ הזה יהיה יעיל, יסודות כבדים יותר ממימן והליום יצטרכו להתגורר בגז.
אבל בצביר הכוכבים המאסיבי NGC 346 יש רק כעשרה אחוזים מהיסודות הכבדים יותר שנמצאים בהרכב הכימי של השמש שלנו.
אולי פשוט לוקח יותר זמן לכוכב בצביר הזה לפזר את הדיסק שלו.
האפשרות השנייה היא שכדי שכוכב דמוי שמש יווצר כשיש מעט יסודות כבדים יותר, הוא יצטרך להתחיל מענן גדול יותר של גז.
ענן גז גדול יותר יפיק דיסק גדול יותר. אז יש יותר מסה בדיסק ולכן ייקח יותר זמן לפוצץ את הדיסק, גם אם לחץ הקרינה היה פועל באותו אופן.
"עם יותר חומר סביב הכוכבים, ההצטברות נמשכת זמן רב יותר", אמר ד"ר סבי.
"לדיסקים לוקח פי עשרה יותר להיעלם. יש לכך השלכות על האופן שבו אתם יוצרים כוכב לכת, ועל סוג ארכיטקטורת המערכת שיכולה להיות לכם בסביבות השונות הללו. זה כל כך מרגש."
הלִלמוֹדפורסם היום ב-כתב עת אסטרופיזי.
_____
גידו דה מרצ'יet al. 2024. נראה כי דיסקים פרוטו-פלנטריים סביב כוכבים דמויי שמש חיים יותר כאשר המתכתיות נמוכה.ApJ977, 214; שניים: 10.3847/1538-4357/ad7a63
מאמר זה הותאם מתוך מהדורה מקורית על ידי צוות משימת Webb, מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א.
