קרדיט תמונה: NWU
מחקר חדש שנערך על ידי חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי ואוניברסיטת נורת'ווסטרן, מסביר מחקר חדש שנערך על ידי חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי ואוניברסיטת נורת'ווסטרן, על מסלולם המוזר של שלושה כוכבי לכת המסתובבים סביב כוכב רחוק.
המסקנה מבוססת על אקסטרפולציות ממוחשבות מתוך 13 שנים של תצפיות על תנועות הכוכבים סביב הכוכב Upsilon Andromedae. זה מצביע על כך שהמסלולים הלא מעגליים ולעתים קרובות אליפטיים מאוד של רבים מכוכבי הלכת הזרים שהתגלו עד היום עשויים להיות תוצאה של כוכבי לכת שמתפזרים זה מזה. בתרחיש כזה ניתן היה לזרוק את הכוכב המסובך מהמערכת לחלוטין, או להכות אותו למסלול מרוחק, ולהשאיר את כוכבי הלכת הפנימיים עם מסלולי אקסצנטרי.
"זו ככל הנראה אחת מהשתיים או שלוש מערכות חוץ-כיווניות בעלות התצפיות הטובות ביותר ואילוצים מהודקים ביותר, והיא מספרת סיפור ייחודי," אמר אריק פורד, עמית פוסט-דוקטור למילר באוניברסיטת ברקלי. "ההסבר שלנו הוא שהמסלול המקורי של הכוכב החיצוני היה מעגלי, אבל הוא קיבל את הבעיטה הפתאומית הזו ששינתה את מסלולו לצמיתות להיות אקסצנטרית מאוד. כדי לספק את הבעיטה ההיא, הנחנו כי היה כוכב לכת נוסף שלא אנו רואים כעת. אנו מאמינים כי אנו מבינים כעת כיצד מערכת זו עובדת. "
אם כוכב לכת כזה התקרב דרך מערכת השמש שלנו בתחילת ההיסטוריה שלו, ציינו החוקרים, ייתכן שכוכבי הלכת הפנימיים לא היו כרוכים במעגלים כה עגולים, ועל סמך ההנחות העכשוויות לגבי מקור החיים, ייתכן שהאקלים של כדור הארץ השתנה יותר מדי שהחיים קמו.
"בעוד הכוכבים במערכת השמש שלנו נשארים יציבים במשך מיליארדי שנים, זה לא היה המקרה לכוכבי הלכת המקיפים את אופסילון אנדרומדה," אמר פורד. "בעוד שכוכבי הלכת הללו עשויים להיווצר באופן דומה ליופיטר ושבתאי, מסלוליהם הנוכחיים פוסלו על ידי שלב מאוחר של אינטראקציות כאוטיות ואלימות."
לדברי עמיתו של פורד, פרדריק א. ראסיו, פרופסור חבר לפיזיקה ואסטרונומיה בצפון-מערב רוסיה, "התוצאות שלנו מראות שמנגנון פשוט, המכונה לעתים קרובות 'פיזור כוכב-לכת' - מעין אפקט קלע בגלל המשיכה הכבדית הפתאומית בין שניים כוכבי לכת כאשר הם מתקרבים זה לזה מאוד - חייבים להיות אחראיים למסלולי האקצנטרי ביותר שנצפו במערכת Upsilon Andromedae. אנו מאמינים כי פיזור כוכבי הלכת התרחש לעתים קרובות במערכות פלנטאריות חוץ-קוטביות, ולא רק זו, הנובעת מחוסר יציבות חזק. לכן, בעוד שמערכות פלנטאריות סביב כוכבים אחרים עשויות להיות נפוצות, סוגים של מערכות שיכולים לתמוך בחיים, שכמו מערכת השמש שלנו, ככל הנראה חייבים להישאר יציבים לאורך מאזני זמן ארוכים מאוד, עשויים להיות לא כל כך נפוצים. "
הדמיות המחשוב מדווחות בגיליון 14 באפריל של כתב העת Nature על ידי פורד, ראסיו וורן ליסטאד, סטודנטית לתואר ראשון עם הפיזיקה בנורת 'ווסטרן. פורד היה סטודנט לראסיו במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס לפני שלמד את לימודי התואר השני באוניברסיטת פרינסטון והגיע ל- UC ברקלי בשנת 2004.
המערכת הפלנטרית סביב אופסילון אנדרומדה היא אחת הנבדקות ביותר מבין 160 מערכות עם פלנטות שהתגלו עד כה מחוץ למערכת השמש שלנו. כוכב הלכת הפנימי, "צדק חם" כל כך קרוב לכוכב שהמסלול שלו הוא מספר ימים בלבד, התגלה בשנת 1996 על ידי ג'וף מרסי של UC ברקלי וצוות הציד של כוכבי הלכת שלו. שני כוכבי הלכת החיצוניים, עם מסלול מוארך המפריעים זה את זה בחוזקה, התגלו בשנת 1999. שלושת כוכבי הלכת העצומים, דמויי יופיטר, סביב אופסילון אנדרומדה, היו מערכת רב-פלנטרית חוץ-קוטבית שהתגלתה על ידי הספקטרוסקופיה של דופלר.
בגלל האופי הלא שגרתי של מסלולי הפלנטה סביב אופסילון אנדרומדה, מרסי וצוותו בחנו זאת באינטנסיביות, ובצעו כמעט 500 תצפיות - פי 10 יותר מאשר לרוב כוכבי הלכת הזרים האחרים שנמצאו. תצפיות אלה, הנדנדות בתנועת הכוכב הנגרמות על ידי כוכבי הלכת המקיפים, מאפשרות לתאר באופן מדויק מאוד את תנועות כוכבי הלכת סביב הכוכב.
"התצפיות כל כך מדויקות שאנחנו יכולים לצפות ולחזות מה יקרה לעשרות אלפי שנים בעתיד," אמר פורד.
כיום, בזמן שכוכב הלכת הפנימי מצטופף קרוב לכוכב, שני כוכבי הלכת החיצוניים סובבים במסלולי צורה של ביצה. עם זאת, הדמיות ממוחשבות של שינויים במסלולי העבר והעתיד הראו כי כוכבי הלכת החיצוניים עוסקים בריקוד שחוזר על עצמו, ופעם בכל 7,000 שנה, מביא את מסלול כוכב הלכת האמצעי למעגל.
פורד אמר כי "המאפיין הזה של חזרה למסלול מעגלי מאוד יוצא דופן ובאופן כללי אינו קורה." "ההסבר הטבעי הוא שהם היו שניהם פעם במסלולי מעגלים, ואחד קיבל בעיטה גדולה שגרמה לו להיות אקסצנטרי. ואז, האבולוציה שלאחר מכן גרמה לכוכב הלכת האחר לצמוח את האקסצנטריות שלו, אך בגלל שמירת האנרגיה והמומנטום הזוויתי, הוא חוזר מדי פעם למסלול כמעט מעגלי. "
בעבר, אסטרונומים הציעו שני תרחישים אפשריים להיווצרות מערכת הכוכבים של Upsilon Andromedae, אך הנתונים התצפיתיים עדיין לא הספיקו כדי להבדיל בין שני המודלים. אסטרונום אחר, רנו מלוטרה מאוניברסיטת אריזונה, הציע בעבר כי פיזור כוכבי לכת על ידי כוכב לכת עשוי היה להלהיב את האקסצנטריות בעיר אופסילון אנדרומדה. אולם הסבר אלטרנטיבי טען כי אינטראקציות בין כוכבי הלכת ודיסק הגז המקיף את הכוכב יכלו גם לייצר מסלולי אקסצנטריות כאלה. על ידי שילוב נתונים תצפיתיים נוספים עם דגמי מחשב חדשים, פורד ועמיתיו הצליחו להראות כי אינטראקציות עם דיסק גז לא היו מייצרים את המסלול שנצפה, אך אינטראקציות עם כוכב לכת אחר היו מייצרים אותם באופן טבעי.
"המאפיין המובהק בין התיאוריות הללו היה כי אינטראקציות עם דיסק חיצוני יגרמו למסלולי המסלול להשתנות לאט מאוד, ואינטראקציה חזקה עם כוכב לכת חולף תגרום למסלולי המסלול להשתנות במהירות רבה בהשוואה לסולם הזמן של 7,000 שנה עבור מסלול להתפתח, "אמר פורד. "מכיוון ששתי ההשערות מעלות תחזיות שונות להתפתחות המערכת, אנו יכולים להגביל את ההיסטוריה של המערכת על בסיס מסלולי הפלנטה הנוכחיים."
פורד אמר שככל שכוכבי הלכת נוצרו בתוך דיסק של גז ואבק, הגרירה בכוכבי הלכת הייתה שומרת על מסלולם מעגלי. אולם לאחר שהאבק והגז התפוגגו, רק אינטראקציה עם כוכב לכת יכול היה ליצור את מסלוליו השניים של שני כוכבי הלכת החיצוניים שנצפו בימינו. אולי, ציין, הכוכב המטריד הוכנס לכוכבי הלכת הפנימיים על ידי אינטראקציות עם כוכבי לכת אחרים הרחוקים מהכוכב המרכזי.
עם זאת, זה התחיל, האינטראקציות הכאוטיות שהתקבלו היו יוצרים מסלול אקסצנטרי מאוד לכוכב הלכת השלישי, שאז גם הפריע בהדרגה למסלול כדור הארץ השני. מכיוון שכוכב הלכת החיצוני שולט במערכת, לאורך זמן הוא הפריע למסלול של כוכב הלכת האמצעי מספיק כדי לעוות אותו לאט לאט גם למסלול אקסצנטרי, וזה מה שנראה כיום, אם כי כל 7,000 שנה לערך, כוכב הלכת האמצעי חוזר בהדרגה למעגל מעגלי מסלול.
"זה מה שהופך את המערכת למוזרה כל כך," אמר ראסיו. "בדרך כלל, הצימוד הכבידתי בין שני מסלולי אליפטיות לעולם לא יגרום לאחת לחזור למעגל כמעט מושלם. מעגל הוא מיוחד מאוד. "
"במקור, המטרה העיקרית של המחקר שלנו הייתה לדמות את המערכת הפלנטרית של Upsilon Andromedae, בעיקר כדי לקבוע אם שני כוכבי הלכת החיצוניים שוכנים באותו מישור כמו של כוכבי הלכת במערכת השמש," אמרה ליסטאד, שהחלה לעבוד עם Rasio כשהיתה ילדה שניה ועשתה רבים מהאינטגרציות הממוחשבות במסגרת התזה הבכירה שלה. "הופתענו לגלות שלרבים מההדמיות שלנו קשה היה לדעת אם כוכבי הלכת היו באותו מטוס בגלל העובדה שהמסלול של כוכב הלכת האמצעי הפך מעת לעת למעגלי כמעט כל כך. ברגע ששמנו לב שהתנהגות מוזרה זו הייתה קיימת בכל ההדמיות שלנו, זיהינו אותה כסימן היכר של מערכת שעברה פיזור של כוכב לכת. הבנו שיש משהו הרבה יותר מעניין ממה שמישהו מצא לפני כן. "
להבנת מה שקרה במהלך היווצרותם והתפתחותם של Upsilon Andromedae ומערכות פלנטריות חוץ-קוטביות אחרות יש השלכות עיקריות על מערכת השמש שלנו.
"ברגע שאתה מבין שלרוב כוכבי הלכת החיצוניים הידועים יש מסלולים אקסצנטריים מאוד (כמו כוכבי הלכת בעיר Upsilon Andromedae), אתה מתחיל לתהות אם יש משהו מיוחד במערכת השמש שלנו," אמר פורד. "האם פיזור כוכבי לכת אלים יכול להיות כה נפוץ עד שמעט מערכות פלנטאריות נשארות רגועות ומגבלות? למרבה המזל, אסטרונומים - בראשותו של ג'וף מרסי, פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטת ברקלי - מבצעים בשקדנות את התצפיות שיענו בסופו של דבר על שאלה מרגשת זו. "
המחקר נתמך על ידי קרן המדע הלאומית ומכון מילר לחקר בסיסי של UC Berkeley.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של ברקלי
