כך נוצר "איש השלג" בקצה מערכת השמש

מה סודו של העצם הרחוק ביותר במערכת השמש שמופה עד כה? מחקר שפורסם הערב (יום ד') בכתב העת המדעי Nature מספק הסבר כיצד נוצר Arrokoth (ארוקות', לשעבר אולטימה תולה), הנמצא בקצה מערכת השמש. את המחקר ערכו חוקרים בפקולטה לפיזיקה בטכניון ועמיתיהם בגרמניה. 

בראשית 2006 נשלחה הגשושית New Horizons כדי לצלם מקרוב לראשונה את כוכב הלכת הננסי פלוטו. לאחר מכן המשיכה הגשושוית לחקור את 2014 MU69 - עצם שמימי הנמצא כ-6 מיליארד קילומטרים מכדור הארץ בחגורת קויפר - חגורת אסטרואידים המכילה מספר עצום של אסטרואידים שגודלם נע בין מטרים ספורים ועד עצמים בקוטר של אלפי קילומטרים.

ב-1 בינואר 2019, חלפה הגשושית על פני MU69 וצילמה אותו ממרחק מינימלי של 3,500 קילומטר. בשל ריחוקו מכדור הארץ, הדביקו אנשי נאס"א לגוף הנידח את השם אוּלְטִימָה ת'וּלֶה ("קצה העולם" בתרגום חופשי מלטינית, בגלל מקומו בקצה מערכת השמש). בהמשך שונה שמו ל-Arrokoth, מילה שפירושה "שמיים" או "ענן" בשפה האינדיאנית הנכחדת פאוואטן - בגלל הקשר בין הביטוי מָה ת'וּלֶה למשטר הנאצי.

צילומיה של New Horizons, ומידע נוסף שהגיע מטלסקופ החלל האבל וממקורות אחרים, סיפקו לקהילה המדעית מידע רב על העצם המרוחק, שאורכו כ-30 קילומטר והוא מורכב משתי "אונות" פחוסות שונות בגודלן המחוברות זו לזו במעין צוואר דק. זה מקורו של כינוי נוסף שקיבל העצם הדו-אונתי - "איש השלג".

אף שכבר בשלבים מוקדמים הוסכם כי Arrokoth נוצר בעקבות התנגשות שני עצמים שונים - שתי האונות המרכיבות אותו - המודלים שהוצעו עד כה אינם מסבירים את תכונותיו המרכזיות של "איש השלג", ובפרט את מהירות הסיבוב האיטית שלו סביב עצמו, ואת זווית הנטייה הגבוהה שלו. כעת, במאמר שפורסם מציגים חוקרי הטכניון מודל מבוסס סימולציות התואם את אותן תכונות.

איש השלג שבקצה מערכת השמש(הדמיה: טכניון)

את המחקר הובילו הדוקטורנט יבגני גרישין, הפוסט-דוקטורנט ד"ר אורי מלמוד והמנחה שלהם פרופ' חגי פרץ, עם קבוצת מחקר גרמנית. לדברי גרישין, "התנגשות פשוטה בין שני עצמים מקריים בחגורת קויפר הייתה מנפצת אותם, כיוון שהם עשויים בעיקר מקרח רך, וההתנגשות הייתה מתרחשת במהירות גבוהה מדי. לכן הנחנו שלהתנגשות קדמה תקופה ארוכה שבה שני הגופים הקיפו זה את זה במסלול מעגלי, בדומה לירח שמקיף את כדור הארץ. בתקופה זו התקרבו הגופים זה אל זה בהדרגה, וכשפגעו זה בזה בסופו של דבר זו לא הייתה התנגשות קטלנית, אלא מעין שפשוף".

לאותה מערכת דו-גופית הוסיפו חוקרי הטכניון עצם שלישי, השמש, וכך הפכו אותו למערכת משולשת. כעת נותרה בעיה נוספת – אם שני חלקי Arrokoth נעו במעגל זה סביב זה, קשה להסביר את נתוני התנועה הנוכחיים של העצם המשותף, לרבות מהירות סיבובו הנמוכה וזווית הנטייה הגדולה שלו (ההטיה יחסית למישור הסיבוב סביב השמש), העומדת על 98 מעלות - כך שהוא כמעט שוכב על הצד ביחס למסלול שלו. "הסימולציות שלנו פתרו גם את הבעיה הזאת", אמר פרופ' פרץ. "הראינו שבתחילת הדרך נעו שני הגופים במסלול מעגלי ובמרחק רב זה מזה, הרי שעם הזמן המסלול נעשה יותר ויותר אליפטי בגלל ההפרעות של כוחות המשיכה בין שלושת הגופים, ובנקודות מסוימות שתי האונות של Arrokoth מתקרבות מאוד. סיטואציה כזו צפויה להוביל להתנגשות במהירות איטית, שלא תנפץ את העצמים המתנגשים, אלא תגרום להם להידבק זה לזה, ויותר מכך - לגרום לכך שמהירות הסיבוב הסופי של העצם המשותף תהיה נמוכה וזווית הנטייה גבוהה".

פרופ' חגי פרץ(צילום: ניצן זוהר)

"הרצנו הדמיות רבות של תנועת הגופים זה סביב זה וגם של ההתנגשות עצמה", סיכם ד"ר מלמוד, "וגילינו שאכן הדינמיקה הזאת יכולה ליצור את העצם המשותף, 'איש השלג'".

חוקרי הטכניון מתייחסים במאמר גם לסיכוי של שני גופים במודל כזה להתנגש זה בזה - כ-15%. פרופ' פרץ אמר עוד: "עד כה לא הוצע מודל שמסביר את התצורה הייחודית של ההתנגשות. המודל שלנו מסביר לא רק את הנתונים המיוחדים של המערכת המאוחדת כיום, אלא גם את הסבירות הגבוהה להתנגשות. הצלחנו להסביר, באופן שמנוגד לאינטואיציה הבסיסית, כיצד סיכויי ההתנגשות גדלים דווקא ככל שהמרחק ההתחלתי בין שתי האונות גדול יותר. יתר על כן, המודל הזה מנבא כי עצמים רבים נוספים בחגורת קויפר, ואולי אפילו המערכת של פלוטו וירחו 'כארון', התפתחו באופן דומה, וכי עצמים רבים כאלה עשויים להתגלות במקומות אחרים במערכת השמש. לתהליכים אלו יש משמעות חשובה לא רק להבנת הדינמיקה של הגופים, היווצרותם והבנת מרכיביהם אלא גם להבנת התנאים שהתקיימו בשלבי היצירה הראשונים של מערכת השמש כולה ושל התפתחותה בהמשך".