הרושם של אמן זה ממחיש זוג בינארי של כוכבי ענק. למרות שנולדו מאותו ענן מולקולרי, אסטרונומים מזהים לעתים קרובות הבדלים בהרכב הכימי של הכוכבים הבינאריים ובמערכות הפלנטריות. כוכב אחד במערכת זו מוצג כמארח שלושה כוכבי לכת קטנים וסלעיים, בעוד שהכוכב השני מארח שני ענקי גז. באמצעות GHOST של Gemini South, צוות אסטרונומים אישר לראשונה שניתן לייחס את ההבדלים הללו לאי-הומוגניות בענן המולקולרי הקדמוני שממנו נולדו הכוכבים. קרדיט: NOIRLab/NSF/AURA/J. דה סילבה (מנוע חלל)/M. זמני
אסטרונומים אימתו ששונות בהרכב הכימי של כוכבים בינארים מקורם בשלבים הראשונים של היווצרותם.
מחקר שנערך לאחרונה באמצעות טלסקופ ג'מיני דרום הראה שהבדלים בהרכבים הכימיים של כוכבים בינארים נובעים מתנאים ראשוניים בענני הלידה שלהם, מאתגרים תיאוריות קודמות ומצביעים על תהליך מורכב יותר של היווצרות כוכבים וכוכבי לכת.
ההערכה היא שעד 85% מהכוכבים קיימים במערכות בינאריות, כאשר חלקם אף במערכות המכילות שלושה כוכבים או יותר. זוגות הכוכבים הללו נולדים יחד מאותו ענן מולקולרי, חולקים שפע של אבני בניין כימיות. לפיכך, אסטרונומים היו מצפים שיהיו להם הרכבים ומערכות פלנטריות כמעט זהות. עם זאת, זה לא תמיד המקרה. בעוד שחלק מההסברים מצביעים על כך שההבדלים הללו נובעים מאירועים שהתרחשו לאחר התפתחות הכוכבים, צוות של אסטרונומים אישר לראשונה שהפערים הללו יכולים למעשה להיווצר לפני שהכוכבים מתחילים להיווצר.
בראשותו של קרלוס סאפה מהמכון למדעי האסטרונומיה, כדור הארץ והחלל (ICATE-CONICET) בארגנטינה, הצוות השתמש בטלסקופ ג'מיני דרום בצ'ילה, מחציתו של מצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני, שנתמך בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב מופעל על ידי NSF NOIRLab. עם ה-Gamini High Resolution Optical SpecTrograph החדש והמדויק (GHOST) הצוות חקר את אורכי הגל השונים של האור, או הספקטרים, המופקים על ידי זוג כוכבי ענק, שחשפו הבדלים משמעותיים בהרכב הכימי שלהם. "הספקטרום האיכותי ביותר של GHOST הציעו רזולוציה חסרת תקדים", אמר Saffe, "מאפשר לנו למדוד את הפרמטרים הכוכביים של הכוכבים ואת השפע הכימי של הכוכבים בדיוק הגבוה ביותר האפשרי." מדידות אלו גילו שלכוכב אחד יש שפע גבוה יותר של יסודות כבדים מהשני. כדי לברר את מקור הפער הזה, הצוות השתמש בגישה ייחודית.
חקר תיאוריות מאחורי וריאציות קומפוזיציה
מחקרים קודמים הציעו שלושה הסברים אפשריים להבדלים כימיים שנצפו בין כוכבים בינארים. שניים מהם כרוכים בתהליכים שיתרחשו גם בהתפתחות הכוכבים: דיפוזיה אטומית, או שקיעה של יסודות כימיים לשכבות שיפוע בהתאם לטמפרטורה של כל כוכב ולכוח הכבידה של פני השטח; והבליעה של כוכב לכת קטן וסלעי, שיציג שינויים כימיים בהרכב הכוכב.
ההסבר האפשרי השלישי מסתכל אחורה בתחילת היווצרות הכוכבים, ומציע שההבדלים מקורם מאזורים קדומים, או קיימים מראש, של אי אחידות בתוך הענן המולקולרי. במילים פשוטות יותר, אם לענן המולקולרי יש חלוקה לא אחידה של יסודות כימיים, אז לכוכבים שנולדו בתוך אותו ענן יהיו הרכבים שונים בהתאם לאיזה יסודות היו זמינים במיקום שבו כל אחד מהם נוצר.
עד כה, מחקרים הגיעו למסקנה שכל שלושת ההסברים סבירים; עם זאת, מחקרים אלה התמקדו אך ורק בבינאריים ברצף הראשי. 'הרצף הראשי' הוא השלב שבו כוכב מבלה את רוב קיומו, ורוב הכוכבים ביקום הם כוכבים ברצף הראשי, כולל השמש שלנו. במקום זאת, Saffe וצוותו צפו בבינארי המורכב משני כוכבי ענק. לכוכבים אלה יש שכבות חיצוניות או אזורי הסעה עמוקים וגועשים מאוד. בשל המאפיינים של אזורי הסעה עבים אלה, הצוות הצליח לשלול שניים משלושת ההסברים האפשריים.
אזורי הסעה ותיאוריות מחסלות
הסתחררות מתמשכת של נוזלים בתוך אזור ההסעה תקשה על החומר להתמקם בשכבות, כלומר כוכבי ענק פחות רגישים להשפעות של דיפוזיה אטומית – מה ששולל את ההסבר הראשון. השכבה החיצונית העבה פירושה גם שבליעה פלנטרית לא תשנה הרבה את הרכב הכוכב מכיוון שהחומר הנבלע ידלל במהירות – מה ששולל את ההסבר השני. זה משאיר אי-הומוגניות ראשונית בתוך הענן המולקולרי כהסבר המאושר. "זו הפעם הראשונה שאסטרונומים הצליחו לאשר שההבדלים בין כוכבים בינארים מתחילים בשלבים המוקדמים ביותר של היווצרותם", אמר סאפה.
"באמצעות יכולות המדידה המדויקת שמספק מכשיר ה-GHOST, Gemini South אוסף כעת תצפיות על כוכבים בסוף חייהם כדי לחשוף את הסביבה בה הם נולדו", אומר מרטין סטיל, מנהל תוכנית NSF של מצפה הכוכבים הבינלאומי של Gemini. . "זה נותן לנו את היכולת לחקור כיצד התנאים שבהם נוצרים כוכבים יכולים להשפיע על כל קיומם במשך מיליוני או מיליארדי שנים."
שלוש השלכות של מחקר זה הן בעלות משמעות מיוחדת. ראשית, תוצאות אלו מציעות הסבר מדוע אסטרונומים רואים כוכבים בינארים עם מערכות פלנטריות שונות כל כך. "מערכות פלנטריות שונות יכולות להיות כוכבי לכת שונים מאוד – סלעיים, דמויי כדור הארץ, ענקי קרח, ענקי גז – המקיפים את הכוכבים המארחים שלהם במרחקים שונים ושבהם הפוטנציאל לתמוך בחיים עשוי להיות שונה מאוד", אמר ספה.
שנית, תוצאות אלו מציבות אתגר מכריע למושג התיוג הכימי – שימוש בהרכב כימי לזיהוי כוכבים שהגיעו מאותה סביבה או משתלת כוכבים – על ידי כך שהם מראים שכוכבים בעלי הרכבים כימיים שונים עדיין יכולים להיות בעלי אותו מקור.
לבסוף, יש לסקור הבדלים שנצפו שיוחסו בעבר להשפעות פלנטריות על פני השטח של כוכב, מכיוון שכעת ניתן לראות אותם כאילו היו שם מתחילת חייו של הכוכב.
"על ידי הצגתם בפעם הראשונה שהבדלים קדמוניים באמת קיימים ואחראים להבדלים בין כוכבים תאומים, אנו מראים שהיווצרות כוכבים וכוכבי לכת יכולים להיות מורכבים יותר ממה שחשבו בתחילה", אמר סאפה. "היקום אוהב גיוון!"
