התגלה כוכב לכת מחוץ למערכת השמש באמצעות שיטה חדשה המבוססת על תורת היחסות של איינשטיין

בשנתיים האחרונות פרופ' צבי מזא"ה ותלמיד הדוקטורט שלו שמחון פייגלר מאוניברסיטת תל-אביב מחפשים כוכבי לכת בשיטה חדשה. הם בודקים את עצמת האור של עשרות אלפי שמשות רחוקות כדי למצוא שינויים מחזוריים הנגרמים על ידי כוכבי לכת בלתי נראים החגים סביבן. כוכבי הלכת גורמים לשינויים בעוצמת האור על ידי שלשה אפקטים:

האפקט הראשון נובע מתורת היחסות של איינשטיין וגורם לשמש הרחוקה, הנראית ככוכב בשמי הלילה, לכוון חלק מן האור שלה לכיוון הצופה כאשר היא נעה אלינו. כתוצאה מכך עוצמת האור עולה ויורדת כאשר השמש מבצעת תנועות קטנות הנגרמות על ידי כוכב הלכת החג סביבה. גילוי כוכבי לכת באמצעות אפקט זה הוצע עוד בשנת 2003 על ידי אבי לייב וסקוט גאודי. לייב הוא ראש המחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת הארוורד המשמש גם כפרופסור במינוי מיוחד על שם סאקלר באוניברסיטת תל-אביב.

האפקט השני נובע מן העובדה שהשמש הרחוקה נמתחת לצורה דמוית ביצה בעקבות כוח הגאות שמפעיל עליה כוכב הלכת הסובב אותה. כתוצאה מכך נראית אותה שמש בהירה יותר כאשר אנו צופים בה מן הצד, בגלל שטח פנים גדול יותר, ובהירה פחות כשהצד "המחודד" פונה אלינו.

האפקט השלישי נובע מקרינת האור של אותה שמש המוחזר על ידי כוכב הלכת שלה. מכיוון ששינויי הבהירות הם קטנים מאד, שלושת האפקטים ניתנים לגילוי רק מתצפיות המבוצעות על-ידי טלסקופים בחלל. הצוות מאוניברסיטת תל-אביב, הנתמך על-ידי מענק מתקדם של מועצת המחקר האירופאית (ERC), ניתח את הנתונים של יותר ממאה אלף כוכבים שנצפו על-ידי טלסקופ החלל "קפלר" של נאס"א, וחיפש אחר האפקט היחסותי בשילוב עם שני האפקטים הנוספים.

כאשר מתגלה מועמד לכוכב לכת, מתחיל שיתוף פעולה בינלאומי עם הצוות של ד"ר דייב לייתם (Dave Latham) מה-CfA, הכולל גם את ד"ר לרס בוחהייב (Lars Buchhave), לצורך תצפיות ספקטרוסקופיות מהקרקע, על מנת לוודא את קיומו של כוכב הלכת. 

נעים להכיר: Kepler-76b

בשלישי במאי 2012 פייגלר ומזא"ה הבחינו בשלושת האפקטים באחד הכוכבים שנצפו על-ידי קפלר. בעקבות זאת התבצעו תצפיות על-ידי דייב לייתם וצוותו במצפה הכוכבים באריזונה, וכן על-ידי לב טל-אור, תלמיד דוקטורט נוסף מאוניברסיטת תל-אביב, במצפה הכוכבים בפרובאנס שבצרפת. התצפיות משני הטלסקופים אישורו ללא ספק את קיומו של כוכב הלכת, הנקרא כעת Kepler-76b. הצוות, הכולל את פייגלר, טל-אור, מזא"ה, לייתם ובוחהייב הכריז בשבוע שעבר על הגילוי במאמר העומד להתפרסם בכתב העת המדעי The Astrophysical Journal.

כוכב הלכתKepler-76b , הנמצא בקבוצת הכוכבים ברבור (Cygnus) במרחק של כאלפיים שנות אור מאיתנו, הינו בעל מסה כפולה ממסתו של צדק, וסובב קרוב מאד לשמש שלו, עם זמן מחזור של יום וחצי. קרבתו לשמש גורמת לו, כנראה, להיות נעול על ידי כוחות גאות, כך שצד אחד של כוכב הלכת פונה אל השמש כל הזמן. צד זה של כוכב הלכת מתחמם על-ידי קרינת השמש שלו לטמפרטורה של כאלפיים מעלות צלסיוס.

תוך בחינה מדוקדקת של נתוני הבהירות של הכוכב, צוות המחקר גילה ראיות חזקות לכך שהחום הנבלע באטמוספרת כוכב הלכת נישא על-ידי זרם רוחות חזק למרחק של כ-15,000 ק"מ. תופעה זו נצפתה בעבר רק בתחום האינפרה-אדום, על-ידי טלסקופ החלל ספיצר (Spitzer) של נאס"א. זו הפעם הראשונה שזרם רוחות כזה נצפה בתחום האור הנראה בכוכב לכת מחוץ למערכת השמש. המחקר של זרמי רוחות כאלה חשוב מאד לצורך הבנת תגובת האטמוספרה של כוכב הלכת לקרינה בעוצמה גבוהה מאד.

ליקוי קטן על שפתה של השמש

כל כוכבי הלכת שנמצאו עד עתה בעזרת נתוני החללית קפלר התגלו מכיוון שמסלולם יוצר ליקוי של השמש הרחוקה אותה הם סובבים. המיוחד בשיטת הגילוי שפותחה על-ידי פייגלר ומזא"ה הוא שניתן לגלות באמצעותה גם כוכבי לכת שמסלולם אינו יוצר ליקוי. "האירוניה היא שמסלולו של Kepler-76b בעצם יוצר ליקוי קטן המתרחש על שפתה של השמש שלו", אומר פייגלר. "בגלל זה המערכת סווגה בתחילה ככוכב כפול. רק באמצעות הגילוי של שלושת האפקטים הצלחנו לזהות שזהו באמת כוכב לכת". 

מנבואה לחלום שהתגשם

"זוהי הפעם הראשונה שנעשה שימוש בהיבט זה של תורת היחסות של איינשטיין לצורך גילוי כוכב לכת", אומר פרופ' מזא"ה, שהוא גם מדען חבר בתכנית החלל קפלר של נאס"א. "חיפשנו את האפקט החמקמק הזה במשך יותר משנתיים, ועכשיו אכן מצאנו בעזרתו כוכב לכת. זה מדהים שלייב וגאודי ניבאו זאת לפני יותר מעשור. פרופסור שי צוקר מאוניברסיטת תל-אביב, תלמיד דוקטורט שלי לשעבר, הפנה את תשומת ליבי לאפקט הזה. תחילה לא חשבתי שהאפקט ניתן לגילוי, אך בהמשך נשביתי ברעיון. למזלנו קיבלנו את תמיכת מועצת המחקר האירופאית לצורך ביצוע המחקר, וכן שיתפנו פעולה עם דייב לייתם שהאמין בפרויקט והמשיך לבצע תצפיות של מועמדים שגויים שהעברנו אליו בתחילת החיפוש. לבסוף גילינו את Kepler-76b. זה ממש חלום שהתגשם".

"גילוי זה מוכיח את יכולת שיטת הגילוי החדשה", אומר פייגלר. "אנו מקווים למצוא כוכבי לכת נוספים רבים באמצעות אותה שיטה. כל זה אפשרי הודות לאיכות הגבוהה של הנתונים שנאס"א אוספת באמצעות החללית קפלר עבור יותר מ-150,000 שמשות רחוקות".

הערות

• המחקר נתמך על-ידי: European Community's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) ERC advanced grant no. 291352 - BEAMING
• התצפיות בצרפת התאפשרו הודות לאיגוד האירופאי OPTICON, המאפשר שיתוף זמן תצפית בטלסקופים אירופאיים בין אסטרונומים.OPTICON  נתמך על-ידי European Community's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013)