מה חשף מחקר של 72 מערכות צעירות דמויות שמש באמצעות טלסקופ ג׳יימס ווב?

הגז נעלם מהדיסקה בשלבים

דיסקה קדם־פלנטרית — ענן שטוח של גז ואבק שמקיף כוכב צעיר וממנו נוצרים כוכבי לכת — אינה נשארת יציבה לאורך זמן. לפי המחקר, פיזור הגז מתרחש ברצף אבולוציוני: בתחילת חיי המערכת פועלות רוחות מגנטיות עוצמתיות של גז מולקולרי ואטומי, ובהמשך, כשהמערכת נחלשת, רוחות אטומיות חלשות יותר, שככל הנראה מונעות מפוטואידוי, מפנות את שארית החומר. 23

מה מצא הסקר של 72 הדיסקות?

• החוקרים ניתחו נתוני MIRI — מכשיר התת־אדום של טלסקופ החלל ג׳יימס ווב — מ־72 דיסקות נטויות, רובן בשלב ההתפתחות Class II, כלומר שלב שבו הכוכב הצעיר כבר נוצר אך הדיסקה עדיין עשירה בחומר. פליטות של מימן מולקולרי (H₂) וניאון מיונן ([Ne II]) נפתרו במרחב ב־66 מערכות. 3

• רוחות חרוטיות של H₂ זוהו ב־46 דיסקות, ואילו סילוני [Ne II] מהירים זוהו ב־40. 3

• במערכות צעירות שבהן הכוכב עדיין צובר חומר בקצב גבוה, הופיעו לעיתים קרובות גם רוחות H₂ רחבות וגם סילוני ניאון מהירים וממוקדים. התבנית מתאימה לזרימות מגנטו־הידרודינמיות — גז שמואץ ונפלט לאורך מבנים של השדה המגנטי. 35

• המימן המולקולרי עוקב בעיקר אחר הרוח הרחבה יותר, בעוד שהניאון מסמן בתחילה את הסילון המהיר. מחקר עצמאי באמצעות ג׳יימס ווב מצא תצורה דומה: סילון צר ומהיר המוטמע בתוך זרימה רחבה ואיטית יותר של H₂. 7

מה משתנה כשהכוכב מתבגר?

ככל שקצב הצטברות החומר על הכוכב יורד, פוחתות גם התגליות של סילוני [Ne II] מהירים ושל רוחות H₂. רכיבי ה־H₂ החמים יותר דועכים מהר יותר מהרכיבים הקרירים. בדיסקות שבהן קצב ההצטברות נמוך, הניאון מופיע בעיקר ברוחות איטיות ובעלות מהירות נמוכה, לצד רוחות אטומיות. 3

החוקרים מפרשים זאת כמעבר בין שני מנגנונים עיקריים. בשלב הראשון, הסילונים והרוחות המגנטיות מסלקים חומר רב ומסייעים להסתיר את הדיסקה מקרינת X עתירת־אנרגיה. לאחר כמה מיליוני שנים, כשהזרימות המגנטיות והגז המולקולרי נחלשים, קרינת X ואולטרה־סגול של הכוכב יכולה לחדור אל פני הדיסקה ולחמם את הגז. חלק ממנו מקבל מספיק אנרגיה כדי להימלט — תהליך המכונה פוטואידוי — וכך נוצרת רוח אטומית איטית ועדינה יותר שמפנה את שארית הדיסקה. 23

למה זה חשוב ליצירת צדק?

כוכב לכת דמוי צדק זקוק לדיסקה מסיבית דיה כדי לצבור מעטפת גדולה של מימן והליום. ברגע שהסילונים, הרוחות המגנטיות ובהמשך גם הפוטואידוי מסלקים את מאגר הגז, ליבה סלעית כבר אינה יכולה להפוך בקלות לענק גז. 2

לכן העיתוי קריטי: ליבה שמסיימת להיווצר מוקדם עשויה להתחיל צבירה מהירה של גז ולגדול לענק גז, בעוד שליבה דומה שנוצרת מאוחר יותר עלולה להיתקל בדיסקה מדולדלת או נטולת גז ולהישאר קטנה יותר, עם מעט אטמוספרה ראשונית. זו מסקנה הנגזרת מרצף ההתפתחות שנצפה בדיסקות, ולא תצפית ישירה בכוכבי לכת שמשנים את סוגם. 23

גם מערכת השמש שלנו, שגילה כיום כ־4.5–4.6 מיליארד שנים, כנראה עברה בצעירותה שלב של רוחות מגנטיות ולאחר מכן של פינוי באמצעות פוטואידוי. המשמעות היא שצדק היה צריך לצבור את מעטפת הגז הגדולה שלו במהלך מיליוני השנים הראשונים, לפני שהערפילית שממנה נוצרה מערכת השמש התרוקנה. 2

מה עדיין לא ידוע?

הסקר מראה כיצד הנוכחות והצורה של הסילונים והרוחות משתנות, אך הוא עדיין אינו מודד במלואו כמה מסה כל רכיב מסלק. כדי להשלים את התמונה, נדרשות מדידות מרחביות ומהירות־מופרדות של סמנים מולקולריים ואטומיים. החוקרים יצטרכו לקבוע:

• כמה מסה נושאים כל סילון ורוח;
• מאילו מרחקים ומאילו שכבות אנכיות בדיסקה מוזן כל זרם;
• מהן הטמפרטורות והמהירויות של הרוחות וכיצד הן משתנות;
• ומהו בפועל פרק הזמן שבו הגז מתפנה — ובכך נסגר חלון ההזדמנויות ליצירת ענקי גז. 34

מהחומרים הזמינים אין עדיין בסיס לקבוע מועד אוניברסלי מדויק לפינוי כל הדיסקות, או שיעור אובדן מסה כמותי לכל אחד מרכיבי הרוח.