מדוע מערכת השמש החיצונית מלאה ב"אנשי שלג" קוסמיים ענקיים

מעבר לחגורת האסטרואידים הסוערת בין מאדים לצדק שוכנת חגורת קויפר, אזור מרוחק מעבר לנפטון המלא בשרידים קפואים מימיה הראשונים של מערכת השמש. חפצים פרימיטיביים אלה, הידועים בשם פלנטזימלים, הם שאריות אבני בניין מהיווצרות כוכבי לכת. כ-10 אחוזים מהם מסווגים כבינאריים למגע, כלומר הם מורכבים משתי אונות מחוברות המעניקות להם מראה דמוי איש שלג. עד לאחרונה, מדענים לא ידעו כיצד צורות כאלה יכולות להתפתח באופן טבעי.

סימולציה חדשה תומכת בקריסת כבידה

ג'קסון בארנס, סטודנט לתואר שני ב-MSU, פיתח את הדמיית המחשב הראשונה המסוגלת לייצר באופן טבעי את המבנים הכפולים הללו באמצעות קריסת כבידה. ממצאיו פורסמו ב- הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה.

מודלים ממוחשבים קודמים פישטו פגיעות על ידי התייחסות לגופים מתנגשים כאילו היו מסות נוזליות שהתערבבו לכדורים חלקים. הנחה זו מנעה מחוקרים לשחזר את הצורה הייחודית של שני חלקים שנראתה בבינארי מגע. באמצעות אשכול המחשוב הגבוה ב-MSU's Institute for Cyber-Enabled Research, או ICER, בארנס יצר סביבה דיגיטלית מציאותית יותר. במודל שלו, אובייקטים יוצרים שומרים על חוזקם המבני, ומאפשר להם להתיישב זה מול זה במקום להתמזג לכדור אחד.

כמה הסברים קודמים הסתמכו על אירועים קוסמיים נדירים או תנאים חריגים. למרות שהתרחישים האלה אפשריים, הם לא יסבירו בקלות מדוע חפצים כאלה נפוצים יחסית.

"אם אנחנו חושבים ש-10% מהעצמים הפלנטזימליים הם בינאריים מגע, התהליך שיוצר אותם לא יכול להיות נדיר", אמר פרופסור כדור הארץ ומדעי הסביבה סת' ג'ייקובסון, מחבר בכיר בעיתון. "קריסת כבידה מתאימה היטב למה שצפינו".

אופק חדש של נאס"א וחגורת קויפר

קבצי קשר בינאריים זכו לתשומת לב נרחבת כאשר חללית New Horizons של נאס"א צילמה תמונות תקריב של אחת בינואר 2019. התמונות הובילו מדענים לבחון מקרוב אובייקטים נוספים בחגורת קויפר, וגילו שכאחד מכל 10 פלנטזימלים חולקים צורה זו. בחגורת קויפר המאוכלסת בדלילות, גופים מרוחקים אלה נסחפים עם מעט התנגשויות יחסית, מה שמאפשר למבנים שבירים לשרוד.

חגורת קויפר עצמה היא שריד לשביל החלב המוקדם, כאשר הגלקסיה התקיימה כדיסק מסתובב של גז ואבק. החומר העתיק הזה עדיין נשאר באזור זה, כולל כוכבי לכת ננסיים כמו פלוטו, שביטים ואינספור פלנטזימלים.

כיצד Planetesimals נוצרים ומתמזגים

פלנטזימלים היו בין העצמים הגדולים הראשונים שנוצרו מהדיסק המתערבל של אבק וחלוקי נחל שהקיף את השמש הצעירה. בדומה לאופן שבו פתיתי שלג נצמדים זה לזה כדי לבנות כדור שלג, חלקיקים זעירים נמשכו יחד על ידי כוח הכבידה לאשכולות גדולים יותר.

כשהעננים המסתובבים האלה קרסו, הם לפעמים מתפצלים לשני גופים נפרדים שהחלו להקיף זה את זה. אסטרונומים צופים לעתים קרובות בכוכבי לכת בינאריים כאלה בחגורת קויפר. בסימולציה של בארנס, הזוג מתגלגל פנימה בהדרגה. במקום להתנגש באלימות, שני הגופים באים במגע עדין ומתמזגים, משמרים את צורותיהם המעוגלות ויוצרים את צורת איש השלג המוכרת.

למה ליצור קשר עם בינאריים לשרוד

לאחר הצטרפותם, חפצים אלה יכולים להישאר שלמים במשך מיליארדי שנים. לדברי בארנס, היציבות שלהם לטווח ארוך נובעת מהסיכוי הנמוך להשפעות נוספות. בחגורת קויפר המרוחקת, התנגשויות נדירות. ללא התרסקות משבשת, אין דבר שיפריד בין שתי האונות. אובייקטים בינאריים רבים אפילו מראים מעט מכתשים.

למרות שמדענים חשדו שקריסה כבידתית מילאה תפקיד ביצירת בינאריות מגע, מודלים קודמים חסרו את הפיזיקה המפורטת הדרושה כדי לבדוק את הרעיון ביסודיות. עבודתו של בארנס היא הראשונה הכוללת את התהליכים הדרושים ליצירתם מחדש בהצלחה.

"אנחנו מסוגלים לבדוק את ההשערה הזו בפעם הראשונה בצורה לגיטימית", אמר בארנס. "זה מה שכל כך מרגש בעיתון הזה."

בארנס מאמין שהמודל יכול גם לעזור לחוקרים לחקור מערכות מורכבות יותר הכוללות שלושה או יותר עצמים מחוברים. הצוות מפתח כעת סימולציה משופרת כדי לייצג טוב יותר כיצד מתנהגים עננים קורסים.

בעוד משימות עתידיות של נאס"א ממשיכות לחקור אזורים מרוחקים של מערכת השמש, ג'ייקובסון ובארנס מצפים שעוד יותר עולמות דמויי איש שלג עשויים להתגלות.