שני כוכבי הלכת, TOI-791 b ו-TOI-791 c, מקיפים כוכב ננסי מסוג F7 הממוקם במרחק של כ-1,110 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים הדרומית "דג מעופף" (Volans). למרות ששני כוכבי הלכת הם בערך בגודלו של צדק, צפיפותם הינה יוצאת דופן: ל-TOI-791 b צפיפות של 0.038 גרם לסנטימטר מעוקב, בעוד של-TOI-791 c צפיפות של 0.047 גרם לסנטימטר מעוקב. לשם השוואה, הצפיפות הממוצעת של צדק היא 1.33 גרם לסנטימטר מעוקב, גדולה פי 28 עד 35. הצפיפות שלהם נמוכה אף יותר מזו של צמר גפן מתוק, שצפיפותו בדרך כלל היא כ-0.05 גרם לסנטימטר מעוקב. לעומת זאת, צפיפותו של כדור הארץ היא 5.5 גרם לסנטימטר מעוקב.
גלריה
הכוכב המארח TOI-791 ושני כוכבי לכת ענקיים שטלסקופ החלל TESS של נאס"א גילה במסלולו. כוכבי לכת אלה, המכונים TOI-791 b ו-TOI-791 c, הם בערך בגודלו של צדק אך מהווים חלק זעיר ממסתו, כלומר בעלי צפיפות נמוכה במיוחד
(איור: NASA/Daniel Rutter)
השוואה בין כוכבי הלכת החוץ-שמשיים במערכת TOI-791 לבין כוכבי לכת במערכת השמש שלנו
(איור: NASA/Daniel Rutter)
כוכבי הלכת הם "אחים", שכן הם נחשבים כמי שנוצרו יחד מאותה דיסקה של גז ואבק המקיפה את כוכבם הצעיר. הם גם נעולים ביחס כבידתי נדיר המכונה תהודה ממוצעת של תנועה ביחס של 5:3, כלומר על כל חמש הקפות שמשלים כוכב הלכת הפנימי, כוכב הלכת החיצוני משלים כמעט שלוש הקפות. אינטראקציה כבידתית זו גורמת לכוכבי הלכת למשוך זה את זה שוב ושוב, מה שיוצר שינויים מדידים בתזמון המעברים שלהם על פני הכוכב המארח.
ידוע כי רק ארבע מערכות אחרות מכילות מספר כוכבי לכת מסוג זה (סופר-פאף). עובדה זו הופכת את TOI-791 למעבדה נדירה במיוחד לחקר האופן שבו כוכבי לכת אלה נוצרים ומתפתחים. "רק קומץ מכוכבי הלכת מסוג זה התגלו, ונדיר עוד יותר למצוא שניים באותה מערכת. צפיפותם הנמוכה במיוחד הופכת אותם למטרות מרתקות להבנת האופן שבו מערכות כוכבי לכת נוצרות ומתפתחות", אמרה ד"ר ג'ורג'ינה דרנספילד, אסטרופיזיקאית מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת אוקספורד, שנמנתה עם צוות המחקר שגילה את שני כוכבי הלכת.
איור של טלסקופ ASTEP בתחנת קונקורדיה באנטארקטיקה וטלסקופים אחרים הצופים במערכת TOI-791 ששני ענקי הגז שלה מקיימים אינטראקציה כבידתית זה עם זה
(איור: University of Birmingham/Amanda Smith)
TOI-791 b ו-TOI-791 c זוהו לראשונה בשנת 2019 ו-2023 (בהתאמה) על ידי מתנדבים שהשתתפו בפרויקט אזרחי-מדעי המתבסס על נתונים מטלסקופ החלל TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) של נאס"א, ששוגר בשנת 2018 במטרה למצוא אלפי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש המקיפים את הכוכבים הבהירים והקרובים ביותר לכדור הארץ. לאחר מכן, החוקרים מדדו את צפיפות כוכבי הלכת על ידי שילוב תצפיות על גודלם ומסתם באמצעות טלסקופים ברחבי העולם.
כאשר כוכב לכת חולף מול הכוכב המארח שלו – אירוע המכונה "מעבר" – הוא מעמעם מעט את אור הכוכב. כמות העמעום חושפת את גודלו של כוכב הלכת. במערכת זו, החוקרים זיהו גם שינויים עדינים בתזמון המעברים, הנגרמים על ידי משיכה כבידתית של שני כוכבי הלכת בעודם מקיפים את הכוכב המארח. על ידי ניתוח שינויי תזמון אלה, הצוות הצליח להעריך את המסות של כוכבי הלכת ולחשב את צפיפותם הנמוכה להפליא, במחקר שפורסם בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
ד"ר ג'ורג'ינה דרנספילד ועמיתיה למחקר, לצד טלסקופ ASTEP באנטארקטיקה
(צילום: NASA/Daniel Rutter)
טלסקופ ASTEP באנטארקטיקה
(צילום: Karim Agabi/OCA/IPEV/PNRA)
התגלית התבססה על 8 שנים של תצפיות, כולל מטלסקופ ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) הממוקם בתחנת קונקורדיה באנטארקטיקה. החורף האנטארקטי סיפק יתרון ייחודי: חודשים של חושך מתמשך אפשרו לאסטרונומים ללכוד את המעברים הארוכים במיוחד של כוכבי הלכת, שכל אחד מהם נמשך יותר מ-11 שעות, בתצפית אחת ללא הפרעה. אלו הם המעברים הפלנטריים הרציפים הארוכים ביותר שנצפו אי פעם בשלמותם מהקרקע.
אסטרונומים עדיין דנים כיצד נוצרים כוכבי לכת בעלי צפיפות כה נמוכה. על פי אחת התיאוריות, יש להם אטמוספרות עצומות ועשירות במימן והליום המהוות חלק משמעותי מהמסה הכוללת שלהם. ייתכן שמעטפות גז ענקיות אלו הצטברו כאשר כוכבי הלכת נוצרו הרחק מהכוכב המארח שלהם באזורים קרים של הדיסקה הפרוטופלנטרית, שם גז יכול להתקרר ולהצטבר במהירות סביב ליבה מוצקה. "מערכת זו מהווה מעבדה ייחודית להבנת האופן שבו כוכבי לכת מסוג זה נוצרים ומתפתחים.
תצפיות מהחלל, באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב, עשויות לשפוך אור חדש נוסף על הרכב האטמוספרה שלהם, ובכך לחשוף תובנות חדשות לגבי האופן שבו כוכבי לכת יוצאי דופן אלה נוצרו", אמר פרופ' אמורי טריו מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת ברמינגהם, שנמנה עם צוות המחקר. "תגלית זו מדגישה את החשיבות של שיתוף פעולה בינלאומי מתמשך באסטרונומיה. איחוד תצפיות מאנטארקטיקה, טלסקופי חלל ומצפי כוכבים ממספר יבשות היה חיוני לחשיפת טבעם האמיתי של כוכבי הלכת יוצאי הדופן הללו", הוסיף פרופ' טריסטן גיו ממעבדת לגראנז' באוניברסיטת קוט ד'אזור בצרפת, שהיה שותף לכתיבת המחקר.
