צדק חם

צדק חם (באנגלית: Hot Jupiter) הוא שם כללי לטיפוס של כוכב לכת חוץ-שמשי בעל מסה מסדר גודל של מסת צדק^[1] הנמצא במרחק של 0.015-0.5 יחידות אסטרונומיות^[2] מהכוכב שלו. לשם השוואה, במערכת השמש, כוכב הלכת צדק, שעל שמו נטבע המינוח "צדק חם", נמצא במרחק של 5.2 יחידות אסטרונומיות וכוכב חמה, כוכב הלכת הקרוב ביותר לשמש, נמצא במרחק של 0.4 יחידות אסטרונומיות מהשמש. בשל הקרבה לכוכב שלו, טמפרטורת כוכב לכת מסוג צדק חם גבוהה בצורה ניכרת מזאת שבצדק וזמן ההקפה שלו קצר מאוד. לדוגמה, 51 פגסי בי(אנ') החג במרחק של 0.0527 יחידות אסטרונומיות ומסתו 1.06 מסות צדק שהתגלה ב-1995, הוא בעל זמן הקפה בן 4 ימים בלבד.

כוכבי לכת מטיפוס של צדק חם קלים לגילוי בהשוואה לכוכבי לכת אחרים, מכיוון שכוח הכבידה בינם לבין הכוכב שלהם הוא משמעותי ולכן הם גורמים להפרעות ניכרות בדינמיקה של הכוכב הניתנות לצפייה כהסחת דופלר של קרינת הכוכב. בנוסף, אם מישור תנועת צדק חם נחתך עם קו הראיה מכדור הארץ, תיראה ירידה זמנית בעוצמת ההארה של הכוכב החוזרת על עצמה בתדירות קבועה, עקב כך שכוכב הלכת עובר על פני דיסקת הכוכב^[3]. תנודות של הכוכב מאפשרות לקבוע את מסתו של צדק חם, תדירות ההחשכות את זמן ההקפה, ומידת הירידה בעוצמת ההארה את רדיוסו.

מאפיינים טיפוסיים

לכוכבי לכת מטיפוס של צדק חם ישנם מספר מאפיינים פיזיים משותפים:

כוכבי לכת מהסוג הם בהכרח ענקי גזים בעלי מסה מסדר גודל של מסת צדק.
טמפרטורת פני השטח של צדק חם היא לרוב בטווח שבין 1000 ל-1500 קלווין (C° ‏726 - C° ‏1226), כך שעקב התפשטות תרמית של הגז החם, רדיוסו של צדק חם גדול מזה של ענק גזים במסה זהה הנמצא רחוק יותר מהכוכב שלו, כלומר צפיפותו קטנה יותר. אותה צפיפות נמוכה מהווה גורם חשוב לקביעה תצפיתית של רדיוס כוכב הלכת, כיוון שתופעת האפלת שפה בזמן מעבר מונעת מדידה ישירה של הרדיוס.
האקסצנטריות של מסלולו של צדק חם נמוכה מאוד, כיוון שכוחות הגאות של הכוכב מאזנים את המסלול^[4]. תופעה זו נקראת לעיתים ליברציה.
לפי המודלים המקובלים, כוכבי לכת אלו היגרו למיקומם הנוכחי מרדיוס גדול בהרבה, מכיוון שברדיוסים בהם הם נצפו לא היה מספיק חומר להיווצרותם אין סיטו.
בכוכב לכת מטיפוס זה ישנן רוחות חזקות מאוד המאזנות את הטמפרטורה בין הצד המואר לצד האפל של כוכב הלכת, כך שהפרש הטמפרטורה בין היום לבין הלילה אינו גדול.
כוכבי לכת מהסוג הנ"ל נפוצים במיוחד סביב ננסים צהובים (כלומר כוכבים מטיפוס F וG) ונצפו מעט מאוד סביב ננסים אדומים (כלומר כוכבים מטיפוס K וM).
עקב כוחות הגאות, לא סביר שלכוכבי לכת מסוג זה יהיו ירחים גדולים. כלומר הירחים שיכולים להיות לצדק חם הם מסדר גודל של אסטרואיד^[5].

היווצרות

קיומם של כוכבי לכת כה מסיביים במרחק כה קטן מן הכוכב הוא דבר מפתיע, שכן ברדיוס כה נמוך אין מספיק חומר בדיסקה קדם-פלנטרית על מנת ליצור כוכב גרעין מסיבי דיו כדי לספוח את כמות הגז הרבה הנדרשת כדי להגיע למסת צדק. ההסבר המקובל הוא שכוכבי הלכת נוצרו מעבר לקו השלג (כלומר רדיוס מהכוכב שבו מים מתמצקים לקרח) וספחו קרח וגזים, כמו ענקי הגזים במערכת השמש שלנו, ורק לאחר מכן היגרו למסלול קרוב יותר.

על פי תאוריה אחת, כוכבי הלכת היגרו בפתאומיות, כשהם נזרקו למסלול אליפטי מאוד, בעקבות אינטראקציות עם כוכבי לכת אחרים, ולאחר מכן במשך מיליוני שנים, כוחות הגאות שפעלו עליהם גרמו להקטנת המסלול שלהם ולהפיכתו לעגול, עד שהפכו לצדק חם^[6]. תאוריה אחרת טוענת שכוכבי לכת אלו נדדו לרדיוס קטן יותר תוך כדי חיכוך עם שאריות החומר בדיסקה. נדידה זו התרחשה בשלבים צעירים מאוד של הכוכב ונפסקה כאשר הכוכב הגיע לשלב של כוכב T בשור, אחריו רוח הכוכב העיפה החוצה את רוב החומר מהדיסקה.

כוכבי לכת סלעיים במערכת עם צדק חם

סימולציות מחשב הראו כי הגירתו של צדק חם דרך אזור בין 5 ל-0.1 יחידות אסטרונומיות לא הורסת את הדיסקה הקדם פלנטרית, כפי שאפשר היה לשער. למעלה מ-60% מהחומר המוצק, לרבות קדם-כוכבי לכת ופלנטסימלים נשאר בדיסקה, והיתר מועף החוצה מן המערכת. החומר שנשאר מאפשר היווצרות כוכבי לכת סלעיים במסה של פעמיים מסת כדור הארץ באזור הישיב, לאחר שהצדק החם התייצב במרחק של כ-0.1 יחידות אסטרונומיות מהכוכב. סימולציות מראות שכוכבי הלכת הסלעיים שנוצרים יכולים להכיל כמות גדולה של מים^[7].

צדק חם עם זמן מחזור קצר מאוד

קיימת תת-מחלקה בכוכבי לכת מטיפוס צדק חם, הנקראת 'צדק חם עם זמן מחזור קטן מאוד' (אנגלית: Ultra-short-period Jupiters). לכוכבי לכת מסוג זה זמן הקפה קצר מאוד יחסית לכוכבי לכת- פחות מיום אחד. כוכבי לכת כאלה נצפו סביב כוכבים בעלי מסה קטנה מ-1.25 מסות שמש^[8]. בהתאם לחוקי קפלר כוכבי לכת אלו סובבים את הכוכב שלהם ברדיוס קטן מאוד ועקב כך טמפרטורת פני השטח שלהם גבוהה במיוחד. חמישה כוכבי לכת מסוג זה נצפו בגלקסיית שביל החלב באזור הבאלג' (אנגלית: Bulge).

כוכב לכת נפוח

השוואה בין צדק (משמאל) לבין Kepler-7 b. על אף שמסתו של האחרון נמוכה מזאת של צדק, רדיוסו גדול בהרבה

קיימת תת-מחלקה נוספת לכוכבי לכת מטיפוס צדק חם, כוכבי לכת הנקראים 'כוכב לכת נפוח' (אנגלית: Puffy planet) או לפעמים 'שבתאי חם' (אנגלית: Hot Saturn). עבור מסה קטנה מ-2 מסות צדק, כוכב לכת גזי הנמצא קרוב מאוד לכוכב מגיע למצב בו הרחבה תרמית הנגרמת מהטמפרטורה הגבוהה מנפחת אותו עד למצב שהוא מאבד את צורתו והופך לסוג של ענן גזי החג סביב הכוכב. צפיפותו נמוכה בצורה קיצונית^[9]. לכוכבי לכת נפוחים נצפה רדיוס גבוה מהמצופה בהתחשב בטמפרטורה שלהם. ההסבר המקובל הוא שרוח כוכבית תורמת אף היא לניפוח כוכב הלכת על ידי אינטראקציה עם השדה המגנטי שלו^[10].

צדק חם וענק אדום

נכון ל-2014 לא נמצא אף צדק חם המקיף ענק אדום, על אף שאין לכך מניעה תאורטית. ענק גזים הנמצא במרחק זהה למרחק צדק מהשמש במערכת של ענק אדום, יכול להיות צדק חם, הודות לשטף הגדול של קרינה שיגיע אליו מהכוכב. כך במערכת השמש, צדק יוכל להפוך לצדק חם, כאשר השמש תגיע למצב של ענק אדום^[11].

צפוי כי צדק חם המקיף ענק אדום יהיה שונה במספר מאפיינים מצדק חם המקיף כוכב סדרה ראשית. לדוגמה, בצדק חם המקיף ענק אדום תיתכן ספיחה של חומר מהרוח הכוכבית לכוכב הלכת. בנוסף, רוחות הסובבות את הצדק החם יאזנו יותר את הפרש טמפרטורות בין היום לבין הלילה^[11].

איתור של כוכב לכת מסוג זה קשה עקב גודלו הקטן ביחס לכוכב שלו וזמן מחזור ארוך יחסית לצדק חם המקיף כוכב סדרה ראשית (חודשים עד שנים מול מספר ימים).

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא צדק חם בוויקישיתוף

אבי בליזובסקי, ‏נייצ'ר חושף מדוע "צדקים חמים" נעים הפוך?, באתר "הידען", 17 ביוני 2011

הערות שוליים

^ כלומר סדר גודל של $10^{27}$ קילוגרמים
^ כלומר בטווח של $2.2\times 10^{6}-74.8\times 10^{6}$ קילומטרים
^ הרזולוציה של מכשירי המדידה הקיימים לא מאפשרת לראות כתם שחור על פני הכוכב, אלא רק ירידה בהארתו הכללית
^ A. Quirrenbach, T. Guillot, P. Cassen. Extrasolar Planets. - Springer, 2005. - P. 45-46.
^ Stability of Satellites around Close-in Extrasolar Giant Planets
^ Rebekah I. Dawson and John Asher Johnson, Origins of Hot Jupiters, arXiv, 2018
^ On the formation of terrestrial planets in hot-Jupiter systems
^ Transiting extrasolar planetary candidates in the Galactic bulge
^ Puzzling Puffy Planet, Less Dense Than Cork, Is Discovered
^ Stellar Magnetic Fields as a Heating Source for Extrasolar Giant Planets
^ ¹ ² Jupiter will Become a Hot Jupiter

[1] כלומר סדר גודל של $10^{27}$ קילוגרמים

[2] כלומר בטווח של $2.2\times 10^{6}-74.8\times 10^{6}$ קילומטרים

[3] הרזולוציה של מכשירי המדידה הקיימים לא מאפשרת לראות כתם שחור על פני הכוכב, אלא רק ירידה בהארתו הכללית

[4] A. Quirrenbach, T. Guillot, P. Cassen. Extrasolar Planets. - Springer, 2005. - P. 45-46.

[5] Stability of Satellites around Close-in Extrasolar Giant Planets

[6] Rebekah I. Dawson and John Asher Johnson, Origins of Hot Jupiters, arXiv, 2018

[7] On the formation of terrestrial planets in hot-Jupiter systems

[8] Transiting extrasolar planetary candidates in the Galactic bulge

[9] Puzzling Puffy Planet, Less Dense Than Cork, Is Discovered

[10] Stellar Magnetic Fields as a Heating Source for Extrasolar Giant Planets

[adsabs-11] ¹ ² Jupiter will Become a Hot Jupiter

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]