נדידת כוכבי לכת

נדידת כוכבי לכת או הגירת כוכבי לכת (אנגלית: Planetary migration) הוא תהליך בו כוכב לכת משנה את מסלולו סביב הכוכב אותו הוא מקיף. התהליך מתרחש בתקופות מוקדמות של היווצרות מערכת כוכבי לכת בעקבות אינטראקציה בין כוכב הלכת המתהווה לבין החומר בדיסקה קדם פלנטרית, כמו גז, אבק או פלנטיסימלים. תהליך זה הוא ההסבר המקובל לקיומים של כוכבי לכת מסוג צדק חם, החגים קרוב מאוד לכוכב שלהם. לפי הסברים המקובלים, כוכב לכת במסה כה גבוהה אינו יכול להיווצר לפני קו השלג, מכיוון ששטף הקרינה במרחק זה מונע התגבשות של פלנטיסימלים סלעיים או עשויים קרח.

מקובל לחשוב שגם עבור כוכבי לכת סלעיים קיים תהליך של נדידה, אם הם התגבשו בשלב בו הדיסקה הקדם-פלנטרית עדיין קיימת. התהליך יכול להשפיע על יצירה של גרעין עבור ענקי הגזים שנוצרים בתהליך של ספיחה על ליבה.

סוגי דיסקות

דיסקת גז

דיסקת גז המקיפה כוכב צעיר יכולה להגיע לזמן חיים מסדר גודל של מיליוני שנים. אם כוכבי לכת במסה הדומה לכדור הארץ נוצרים בזמן שדיסקת הגז עודנה קיימת, כוכב הלכת יאבד מהתנע הזוויתי שלו לטובת הגז, כך שהוא ינוע בספירלה לעבר הכוכב.

דיסקת פלנטיסימלים

בשלבים מתקדמים יותר של היווצרות כוכבי לכת, קדם-כוכבי לכת מסיביים ופלנטיסימלים נמשכים זה לזה תוך כדי תנועה סביב הכוכב, דבר היוצר תנועה כאוטית בה חלק מהפלנטיסמילים מועפים החוצה מן הדיסקה בגלל ההתנגשויות. כך כוכבי לכת צעירים הנוצרים בשלבים אלו, מבצעים אינטראקציה עם חומר מוצק שעדיין קיים בדיסקה. כתוצאה, כוכב הלכת המתגבש יכול לקבל או לאבד תנע זוויתי ואנרגיה - כלומר להתקרב או להתרחק מהכוכב. משערים שנדידתו של נפטון אחראית על כך שפלוטו נמצא בתהודה מסלולית של 3:2 איתו.

סוגים של נדידה

נדידה בדיסקה

נדידת כוכבי לכת בתוך דיסקה קדם-פלנטרית מתחלקת ל-3 טיפוסים מרכזיים:

נדידה מטיפוס ראשון (Type I)

תנועתם של כוכבי לכת סלעיים גורמים לגלי צפיפות ספירליים בדיסקה (דוגמה לזרועות ספירליות של גלקסיה). האינטראקציות בין כוכב הלכת לבין זרוע החיצונית ובין כוכבת הלכת לבין הזרוע הפנימית אינן מאוזנות. בדרך כלל הזרוע החיצונית מפעילה מומנט גדול יותר על כוכב הלכת מאשר הזרוע הפנימית. כך, כוכב הלכת מאבד מהתנע הזוויתי שלו ומתחיל להתקרב לכוכב בקצב מהיר יחסית לזמן חיי הדיסקה^[1].

נדידה מטיפוס שני (Type II)

כוכבי לכת בעלי מסה העולה על 10 מסות כדור הארץ יכולים ליצור פערים בדיסקה, דבר שמפסיק נדידה מטיפוס ראשון. למרות זאת, חומר ממלא את הפער שנפתח ובכך גורמים לכוכב לכת לנוע אל עבר הכוכב. הזמן האופייני לתהליך זה הוא בערך זמן הספיחה של דיסקה קדם-פלנטרית לעל פני הכוכב^[2]. התהליך זהו הוא ההסבר המקובל להיווצרות כוכבי לכת מטיפוס של צדק חם.

נדידה מטיפוס שלישי (Type III)

נדידה מטיפוס שלישי היא שינוי מסלול כוכב הלכת בעקבות אינטראקציה עם מערבולות בדיסקה^[3]. נדידה מטיפוס שלישי דומה לנדידה מטיפוס ראשון, אך סוג שלישי מתרחש בזמנים משמעותית יותר קצרים^[4].

פיזור כיבדתי

מנגנון אפשרי חילופי, פרט לאינטראקציה עם הדיסקה הוא פיזור כבידתי (אנגלית: Gravitational scattering). במנגנון זה, מסלולו של כוכב לכת משתנה בעקבות משיכה כבידתית לכוכבי לכת אחר או לאזור צפוף יותר בדיסקה קדם-פלנטרית^[5].

משוער שבמערכת השמש, כוכבי לכת אורנוס ונפטון חוו פיזור כבידתי בעקבות השפעתם של צדק ושבתאי^[6].

נדידה על ידי גאות

דרך נוספת לשינוי מסלולו של כוכב לכת היא נדידה על ידי כוחות גאות (אנגלית: Tidal migration). כוחות הגאות מהכוכב יכולים לשנות את הציר חצי ראשי (אנגלית: Semi-major axis) ועל האקסצנטריות של כוכב הלכת. הנדידה בדיסקה נמשכת קרוב למיליון שנים, בזמן שנדידה על ידי גאות יכולה להימשך כמיליארד שנים. נדידה זו יכולה לשנות בצורה ניכרת מאוד את הציר החצי ראשי, וככל שכוכב הלכת יותר מאסיבי, כך כוחות גאות משפיעים עליהם יותר^[7].

הערות שוליים

[1] Planet Migration

[2] Outward Migration of Jupiter and Saturn in Evolved Gaseous Disks

[3] ttp://arxiv.org/abs/1002.3742

[4] ttp://exoplanets.co/extrasolar-planets/what-is-type-i-type-ii-and-type-iii-exoplanet-migration.html

[5] Orbital migration of giant planets induced by gravitationally unstable gaps: the effect of planet mass

[6] The formation of Uranus and Neptune among Jupiter and Saturn

[7] Tidal Evolution of Close-in Extra-Solar Planets

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]