“זה מדהים שאנו יכולים לזהות ולכמת את כמות המולקולות שאנו מכירים היטב על כדור הארץ, כמו בנזן, בעצם שנמצא במרחק של יותר מ-600 שנות אור,” אמרה אחת ממחברות המאמר שהופיע בסיינס
צוות בינלאומי של אסטרונומים השתמש בטלסקופ החלל ג’יימס ווב של נאס”א/ESA לחקר הדיסק סביב כוכב צעיר ובעל מסה נמוכה מאוד. התוצאות חושפות את הכימיה העשירה ביותר של פחמימנים שנצפתה עד כה בדיסקה פרוטופלנטרית (כולל הגילוי הראשון מחוץ למערכת השמש של אתאן) ותורמות להבנתנו המתפתחת של מגוון מערכות כוכבי הלכת.
כוכבי לכת נוצרים בדיסקות של גז ואבק המקיפים כוכבים צעירים. תצפיות מראות שכוכבי לכת ארציים צפויים להיווצר ביעילות רבה יותר מגזים ענקיים בדיסקות סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה מאוד. בעוד שלכוכבים בעלי מסה נמוכה מאוד יש את שיעור ההתרחשות הגבוה ביותר של כוכבי לכת סלעיים המקיפים אותם, ההרכבים הפלנטריים שלהם אינם ידועים ברובם. לדוגמה, מערכת Trappist-1 שנחקרה על-ידי “ווב” מורכבת משבעה כוכבי לכת סלעיים בתוך 0.1 יחידות אסטרונומיות (au) והרכבה בדרך כלל מניחים שהוא דמוי ארץ. עם זאת, נתונים חדשים מווב מציעים שדיסקות סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה מאוד עשויות להתפתח בצורה שונה מדיסקות סביב כוכבים מסיביים יותר.
סקר MID-INfrared Disk Survey (MINDS) של מכשיר MIRI שואף ליצור גשר בין הימצאות הדיסקות לבין התכונות של כוכבי לכת חוץ-שמשיים. במחקר חדש זה, חקר הצוות את האזור סביב כוכב בעל מסה נמוכה מאוד של 0.11 מסות שמש (המכונה ISO-ChaI 147). תצפיות אלו מספקות תובנות על הסביבה וכן על מרכיבים בסיסיים ליצירת כוכבי לכת. הצוות מצא שהגז באזור יצירת הכוכבים של הכוכב עשיר בפחמן. ייתכן שזה בגלל שהפחמן הוסר מהחומר המוצק שממנו יכולים להיווצר כוכבי לכת סלעיים, וזה יכול להסביר מדוע כדור הארץ דל יחסית בפחמן.
“ל’ווב’ יש רגישות ורזולוציה ספקטרלית טובות יותר מטלסקופי חלל אינפרא-אדום קודמים,” הסביר מחבר המחקר הראשי אדיטיה ערבבי מאוניברסיטת חרונינגן בהולנד. “תצפיות אלה אינן אפשריות מכדור הארץ, מכיוון שהפליטות נחסמות על-ידי האטמוספירה. בעבר יכולנו לזהות רק פליטות של אצטילן (C2H2) מעצם זה. עם זאת, הרגישות הגבוהה והרזולוציה הספקטרלית של ‘ווב’ אפשרו לנו לזהות פליטות חלשות ממולקולות דלות יותר בפחמן. ווב גם אפשר לנו להבין שמולקולות פחמימניות אלו אינן רק מגוונות אלא גם שופעות עשירות יותר בפחמן.”
הספקטרום שנחשף על-ידי מכשיר ה-MIRI של ‘ווב’ מציג את הכימיה העשירה ביותר של פחמימנים שנראתה עד כה בדיסק פרוטופלנטרי, הכוללת 13 מולקולות נושאות פחמן עד בנזן. זה כולל את הגילוי הראשון מחוץ למערכת השמש של אתאן (C2H6), הפחמימן הרווי המלא הגדול ביותר שנמצא מחוץ למערכת השמש שלנו. מכיוון שפחמימנים רוויים צפויים להיווצר ממולקולות בסיסיות יותר, זיהוי שלהם כאן נותן לחוקרים רמזים על הסביבה הכימית. הצוות גם זיהה בהצלחה אתילן (C2H4), פרופין (C3H4) ואת הרדיקל המתילי CH3, בפעם הראשונה בדיסק פרוטופלנטרי.
“מולקולות אלה כבר התגלו במערכת השמש שלנו, למשל בשביטים כמו 67P/Churyumov-Gerasimenko ו-C/2014 Q2 (Lovejoy),” מוסיף ערבבי. “הכימיה המרתקת הנוצרת בכוכבים חדשים”. זו סביבה שונה מאוד ממה שאנו בדרך כלל חושבים עליה כמתאימה ליצירת כוכבי לכת.”
הצוות מציין שלתוצאות אלו יש השלכות גדולות על האסטרוכימיה בתוך 0.1 יחידות אסטרונומיות והכוכבים הנוצרים שם. “זה שונה באופן מהותי מההרכב שאנו רואים בדיסקות סביב כוכבים מסוג שמש, שם מולקולות נושאות חמצן שולטות (כמו פחמן דו-חמצני ומים),” הוסיפה חברת הצוות אינגה קאמפ, גם מאוניברסיטת חרונינגן. “עצם זה מוכיח שמדובר בסוג ייחודי של עצמים.”
“זה מדהים שאנו יכולים לזהות ולכמת את כמות המולקולות שאנו מכירים היטב על כדור הארץ, כמו בנזן, בעצם שנמצא במרחק של יותר מ-600 שנות אור,” הוסיפה חברת הצוות אנייס פרין ממרכז המחקר הלאומי בצרפת.
בהמשך, צוות המחקר מתכוון להרחיב את המחקר שלהם לדגימה גדולה יותר של דיסקות סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה מאוד כדי לפתח את הבנתם לגבי עד כמה אזורים אקזוטיים עשירים בפחמן הם נפוצים ליצירת כוכבי לכת ארציים. “הרחבת המחקר שלנו תאפשר לנו גם להבין טוב יותר כיצד מולקולות אלו יכולות להיווצר,” הסביר חבר הצוות ומנהל תוכנית MINDS, תומאס הנינג, ממכון מקס פלנק לאסטרונומיה בגרמניה. “כמה תכונות בנתוני ‘ווב’ עדיין אינן מזוהות, ולכן נדרשת ספקטרוסקופיה נוספת כדי לפרש במלואן את התצפיות שלנו.”
עבודה זו גם מדגישה את הצורך הקריטי של מדענים לשתף פעולה בין תחומים. הצוות מציין שהתוצאות הללו והנתונים הנלווים יכולים לתרום לתחומים אחרים כולל פיזיקה תאורטית, כימיה ואסטרוכימיה, כדי לפרש את הספקטרום ולחקור תכונות חדשות בתחום אורך גל זה.
ממצאים אלו פורסמו בכתב העת Science.
הערות
[1] יחידה אסטרונומית (AU, או au) היא יחידת אורך השווה במידה רבה למרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש, המוגדר בכ-150 מיליון קילומטרים.
[2] פחמימנים רוויים הם מולקולות המורכבות לחלוטין מקשרים פחמן-פחמן יחידים. הם אינם יכולים לשלב אטומים נוספים במבנה שלהם, ולכן הם נחשבים רוויים.
עוד בנושא באתר הידען:
