מחקר חדש מציע הסבר כיצד הירחים הגדולים של צדק ושבתאי נוצרו מגרגירי אבק זעירים שהתלכדו בזכות שילוב כוחות פיזיקליים, ואולי מסביר גם את דרך היווצרותם של ירחים כאלה במערכות שמש אחרות
בשנת 1610 היה גליליאו גליליי לאדם הראשון שצפה בגוף שמיים שאינו מקיף את כדור הארץ או את השמש. למעשה, הוא צפה בשלושה גופים, ושיער כי ראה כוכבי שבת רחוקים, הנמצאים מעבר לצדק. בהמשך אותה שנה צפה גליליאו בגוף נוסף סמוך לצדק, והסיק כי כל הארבעה אינם כוכבים רחוקים, אלא ירחים של צדק. יותר מ-400 שנה עברו מאז הגילוי של גליליאו, ובמהלכן התגלו עוד 75 ירחים של צדק, כולם קטנים מאוד בהשוואה לארבעת הירחים הגדולים. עם זאת, אין עדיין תיאוריה מקיפה העונה על השאלה: כיצד נוצרו הירחים הגדולים של צדק, ובאופן כללי, כיצד נוצרים ירחים גדולים של כוכבי לכת מסוג ענקי גז?
על השאלה הזאת מנסה לענות מחקר חדש של האסטרונום הרוסי-אמריקאי קונסטנטין בטיגין (Batygin) והאסטרונום האיטלקי אלסנדרו מורבידלי (Morbidelli). אנו יודעים כיום כי כוכבים נוצרים מענני גז ואבק ענקיים הקורסים לתוך עצמם בשל כוח הכבידה הפועל על חלקיקי האבק והגז שלהם. כל כוכב חדש שנוצר מוקף בדיסקה של "שאריות" חלקיקי אבק וגז שלא נמשכו לתוכו, ובמשך מיליוני השנים הבאות, חלקיקים אלה מתנגשים זה בזה ומתגבשים לכוכבי לכת. כל אחד מכוכבי הלכת החדשים מוקף גם הוא בדסקת חלקיקי גז ואבק משלו.
ירחים ששינו את תפיסת עולמו. רישומים של התצפיות על ירחי צדק מתוך יומנו של גלילאו | מקור: NCAR
מסה מינימלית או רעב לגז?
זוהי נקודת ההתחלה של המודלים המקובלים להיווצרות ירחים. על פי "מודל המסה המינימלית" (minimum mass model), חלקיקי האבק והגז אשר מקיפים את כוכב הלכת יתנגשו, יתלכדו זה עם זה וייצרו מסת חומר שתלך ותגדל, עד שתהפוך לירח. המודל הזה בעייתי כי התממשותו במציאות דורשת דסקות בעלות מסה גדולה מאוד, העלולות לקרוס לכוכב לכת במקום לירח. על פי מודל אחר, "מודל הרעב לגז" (gas-starved model), חלקיקי אבק וגז ממערכת השמש ימשיכו לזרום לדסקת כוכב הלכת, ומכאן והלאה, היווצרות הירח מתרחשת כמו במודל המסה המינימלית. מודל זה מציב גם הוא כמה קשיים, והעיקרי שבהם: לא בטוח שמספיק חומר יכול לזרום לדיסקה הסובבת את כוכב הלכת.
על פי המודל החדש של בטיגין ומורבידלי, חלקיקי גז מהדיסקה המקיפה את כוכב הלכת יורדים כגשם אל מישור כוכב הלכת. השדה המגנטי של כוכב הלכת מונע מהם ליפול אל פניו; לפיכך הם מתרחקים ממנו הודות לכוחות גאות שמפעיל עליהם כוכב הלכת, ולמעשה יוצרים רוח אשר דוחפת החוצה חלקיקי אבק אחרים שנמצאים בדיסקה. חלקיקי האבק הנדחפים החוצה חווים גם כוח גרר משאר חלקיקי הגז, אשר מאט את תנועתם. החוקרים הראו כי בעבור חלקיקי אבק בקוטר של עשירית המילימטר עד עשרה מילימטרים, העלייה בתנע הודות לרוח מתקזזת עם כוח הגרר, ועל כן החלקיקים הללו נשארים לכודים בשדה הכבידה של כוכב הלכת.
זהו תהליך מדהים: היווצרותם של הירחים העצומים הללו, הדומים בגודלם לירח שלנו, מתחילה בחלקיקי אבק זעירים.
הטבעת הגדולה היא דיסקת הכוכב PDS70, בתוכה שני כוכבי הלכת שלו, והדיסקות הקטנות שמהן נוצרו כנראה ירחיהם | מקור: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) A. Isella; ESO
כלל הברזל של האוליגרכיה
בעוד גז ממשיך לנוע החוצה מהמערכת, חלקיקי האבק נשארים לכודים באותו אזור, מתנגשים ביניהם ומתגבשים לגופים גדולים יותר. גם הגופים האלה מתנגשים זה בזה, ומתרחשת תופעה הנקראת גידול אוליגרכי: כפי שהעשירים מתעשרים מהר יותר מהעניים, כך הגופים הגדולים גדלים בקצב מהיר יותר מהקטנים. בדרך זו נוצר לבסוף גוף אחד גדול – הירח החדש. בעקבות אינטראקציות בין כוחות הכבידה של הירח החדש ושל הדיסקה הנותרת, הירח החדש מאבד תנע זוויתי, נפלט מהדיסקה ומתחיל לנוע אל עבר כוכב הלכת. כעת אותו תהליך שב ומתרחש בדיסקה, וכך נוצרת שרשרת של היווצרות ירחים עד אשר ייגמר החומר בדיסקה.
ההדמיות הממוחשבות שנעשו כדי לאמת את המודל היו כה מוצלחות, עד שבטיגין אמר בראיון לניו-יורק טיימס: "חשבתי שאני עדיין חולם כשראיתי את התוצאות". עם זאת, המודל כולל כמה הנחות מקלות, כגון ההנחה שצדק כבר הגיע לגודלו הנוכחי כאשר נוצרו הירחים, והחוקרים מודים במאמר כי דרוש עוד מחקר רב בנושא.
החוקרים מנסים גם להסביר מדוע לענק הגז האחר במערכת השמש, שבתאי, אין מערכת ירחים גדולים כמו של צדק. יש לו אמנם את מספר הירחים הגדול ביותר במערכת השמש, אך רק אחד מהם גדול – טיטאן. החוקרים משערים כי בדיסקה שהקיפה את שבתאי לא היו מספיק חלקיקי אבק, או שהשדה המגנטי של שבתאי לא היה מספיק חזק בשביל לדחוף חלקיקי גז ואבק ולמנוע את נפילתם אל תוך שבתאי.
