גדולים מצדק, קלים מנוצה: התגלית החריגה בחלל

אסטרונומים זיהו שני כוכבי לכת חוץ-שמשיים בעלי צפיפות נמוכה באופן חריג, החגים סביב כוכב דמוי שמש המרוחק 1,110 שנות אור מכדור הארץ. בכך הוסיפו צמד נדיר של עולמות "סופר-פאף" אווריריים במיוחד לקטלוג כוכבי הלכת הידועים והעמיקו את השאלות על אופן היווצרותם של עצמים כאלה.

כוכבי הלכת, TOI-791 b ו-TOI-791 c, דומים בגודלם לצדק אך מחזיקים רק בשבריר מזערי ממסתו. המחבר המוביל של המחקר, ג'ורג' דרנספילד, תיאר את הצפיפות של הכוכבים כ"דומות לגוש נחמד של קצף גילוח, טרי מהמיכל". הממצאים פורסמו בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

שני כוכבי הלכת מקיפים את הכוכב TOI-791 בקבוצת הכוכבים הדרומית "דג מעופף". מדידות מצביעות על כך ש-TOI-791 b תואם את קוטרו של צדק, אך מכיל רק 3% אחוזים ממסתו, בעוד TOI-791 c גדול מצדק, אך יש לו רק 5.9% ממסתו.

צפיפויותיהם הנמדדות נמוכות בהרבה מאלה של ענקי גז טיפוסיים, מה שמציב אותם בין כוכבי הלכת האווריריים ביותר שתועדו אי פעם. הצפיפויות הנמוכות האלה מאתגרות את המודלים המקובלים של היווצרות פלנטרית ושימור אטמוספרי, במיוחד סביב כוכבים דמויי שמש במרחקים מסלוליים כאלה.

הגילוי החל בלוויין TESS של נאס"א, שזיהה את הירידות האופייניות בעוצמת האור שנוצרו כאשר הכוכבים עברו על פני כוכב האם שלהם. מתנדבים בפרויקט המדע האזרחי Planet Hunters TESS סייעו בזיהוי המועמדים הראשוניים מתוך תצפיות הלוויין, ועבודת המשך של צוות בינלאומי אישרה את טבעם הפלנטרי של האותות ודייקה את מאפייניהם.

לוויין TESS זיהה את שני כוכבי הלכת הענקיים הללו והדגיש שהם "אווריריים" במיוחד. ניתוח מאוחר יותר גילה כי כל מעבר של כוכבי לכת אלה על פני כוכבם נמשך יותר מ-11 שעות, אירועים ארוכים באופן חריג שהצריכו חלונות תצפית ממושכים כדי ללכוד אותם בצורה נקייה.

מפתח לקיבוע המסות היה היחס המסלולי של כוכבי הלכת. TOI-791 b ו-TOI-791 c נעולים בתהודת תנועה ממוצעת נדירה של 5:3: על כל חמש הקפות שמסיים הכוכב הפנימי, הכוכב החיצוני מסיים שלוש. מציאת שני כוכבי לכת סופר-פאף באותה מערכת היא בלתי רגילה, והמשיכה הכבידתית ההדדית שלהם סיפקה מעבדה טבעית נוחה לפיענוח המאפיינים הכוללים שלהם.

צוות המחקר הסתמך על שמונה שנות תצפיות וניצל נקודת תצפית ייחודית באנטארקטיקה. במהלך החורף האנטארקטי, טלסקופ ASTEP יכול היה לעקוב ברציפות אחר כוכב המטרה, מה שאפשר לאסטרונומים לתעד את המעברים הארוכים במיוחד במפגשי תצפית יחידים, רציפים וללא הפרעות.

הרציפות הזו סייעה לצמצם אי-בהירויות בעומקי המעבר ובמשכם, לחדד את ההערכות של רדיוס כל כוכב לכת ולשפר את המגבלות על מסלוליהם ועל דינמיקת האינטראקציה שלהם.

הסבר מוביל אחד למידת ה"נפיחות" של כוכבי הלכת הוא שהם נשלטים בידי אטמוספרות עצומות, עשירות במימן ובהליום, המהוות חלק משמעותי ממסתם הכוללת. מעטפות מורחבות כאלה עשויות להיות מנופחות עקב קרינת הכוכב או חימום פנימי. בהתבסס על ציפיות אטמוספריות, חוקרים חושדים שכוכבי הלכת עשויים להיראות לבנים או כחולים, בהתאם להרכב העננים ולפיזור באובכי הגובה הרב שלהם.

כדי לחקור שאלות אלה, הצוות מתכנן להשתמש בטלסקופ החלל ג'יימס ווב ולחפש באטמוספרות של כוכבי הלכת מינים המכילים פחמן, חנקן וחמצן, ולבחון תיאוריות על מוצאם. התוצאות עשויות גם להאיר עד כמה ענקים בעלי צפיפות נמוכה כאלה נפוצים סביב כוכבים דמויי שמש.