כוכב לכת פחמני

כוכב לכת פחמני נחזה כסוג של כוכב לכת המכיל יותר פחמן מאשר חמצן. פחמן הוא היסוד הרביעי בשכיחותו ביקום אחרי מימן, הליום וחמצן, אבל למרות חיוניותו לחיינו, הוא מהווה רק 0.1% ממסת כדור הארץ. כוכבי לכת פחמניים עשויים להיווצר מדיסקאות קדם-פלנטריות העשירות בפחמן ודלות בחמצן. כוכב הלכת יאנסן (55 Cancri e) (אנ'), הוכרז ב-2012 כבעל סממנים של כוכב לכת פחמני, אשר הלחץ בליבתו הפך כמויות גדולות של פחמן ליהלום. למערכות פלנטריות שונות יש יחסי פחמן לחמצן - C/O - שונים. מדענים משתמשים ביחס בין פחמן לחמצן בכוכב האם כמדד ליחס שהיה בענן האבק והגז שהתגבש לכוכבי לכת באותה מערכת פלנטרית. יחס פחמן לחמצן בשמש שלנו הוא בערך חצי, ואכן, סלעים על פני כדור הארץ מורכבים בעיקר ממינרלים עשירים בחמצן הנקראים סיליקטים. בשנת 2020, סקר של 249 כוכבים דמויי שמש הסמוכים למערכת השמש מצא כי ל-12% מהכוכבים יש יחסי C/O מעל 0.65, מה שהופך אותם למועמדים לקיים מערכות פלנטריות המכילות כוכבי לכת סלעיים עתירי פחמן. עם זאת, במחקר הזה לא התגלו כוכבים עם יחס C/O מעל 0.8, יחס שמבטיח, לדעת החוקרים, כי במידה וימצאו שם כוכבי לכת סלעיים, הם יהיו עתירי פחמן. כאשר כוכבים עתיקים מתים, הם פולטים כמויות גדולות של פחמן. ככל שיחלוף הזמן ויסתיימו עוד ועוד דורות של כוכבים, יגדל ריכוז הפחמן, ואיתו ריכוז כוכבי הלכת הפחמניים. ב-2005, לאחר שלמדו על מחקר שטען כי צדק נוצר מגרעין של כוכב לכת פחמני, חזו המדענים מארק קוצ'נר ושרה סיגר את קיומו של כוכב לכת פחמני (במאמר שלא התקבל לפרסום), תחזית שהוצגה בוועידת חקר כוכבי הלכת מחוץ למערכת השמש באספן, קולורדו. מחקרים קודמים בנושא כוכבי לכת עם יחסי פחמן-חמצן גבוהים נעשו כבר ב-1987, על ידי פגלי וקמרון. לפי אחת ההשערות, לכוכב לכת פחמני תהיה כנראה ליבה עשירה בברזל, כמו שיש לכוכבי הלכת הארציים. סביב הליבה יהיה סיליקון קרביד וטיטניום קרביד. מעל שכבה זו צפויה שכבת פחמן בתצורת גרפיט, ואם הלחץ גבוה מספיק, ייתכן מצע של יהלום בעובי קילומטרים. במהלך התפרצויות געשיות, ייתכן שיהלומים מתוך כוכב הלכת יכולים לעלות אל פני השטח, וכתוצאה מכך ייווצרו הרים של יהלומים וסיליקון קרבידים. פני השטח יכילו פחמימנים קפואים או נוזליים (למשל זפת ומתאן) ופחמן חד-חמצני. תאורטית, על כוכבי לכת פחמניים בעלי אטמוספירה ייתכן קיום של מחזור מזג אוויר, בתנאי שטמפרטורת פני השטח הממוצעת היא מתחת ל-77 מעלות צלזיוס. עם זאת, כוכבי לכת פחמניים כנראה יהיו נטולי מים, שהיווצרותם נמנעת מכיוון שכל אטום חמצן שיימסר על ידי שביטים או אסטרואידים יגיב עם הפחמן שעל פני השטח. בכוכב פחמן קריר יחסית, האטמוספירה תהיה מורכבת בעיקר מפחמן דו-חמצני או פחמן חד-חמצני עם כמות משמעותית של ערפיח פחמן. כוכבי לכת פחמניים צפויים להיות בקוטר דומה לכוכבי לכת עשויים סיליקט ומים בעלי אותה מסה, מה שעלול להקשות על ההבחנה ביניהם. המקבילים של מאפיינים גאולוגיים על פני כדור הארץ עשויים להיות נוכחים גם הם, אך בעלי הרכבים שונים. לדוגמה, הנהרות עשויים להזרים שמן במקום מיים. אם הטמפרטורה נמוכה מספיק (מתחת ל-350 מעלות קלוין), סינתזה פוטוכימית של גזים יכולה ליצור פחמימנים ארוכי שרשרת, שיכולים להפוך לגשם שירד על פני השטח. יש חוקרים שטוענים שכוכבי לכת פחמניים לא יאפשרו חיים, כיוון שהקשיות הגבוהה של ליבתם לא תאפשר גאולוגיה פעילה ותנועה טקטונית החושפים חומרים שונים לאטמוספירה, דבר שלטענתם היה חיוני ליצירת חיים בכדור הארץ. ניתן להסיק על הרכבו הכללי של כוכב לכת על ידי מדידת הרדיוס והמסה שלו, אבל מידע זה לא מאפשר להבחין בין כוכב לכת המורכב מסיליקטים לזה המורכב מפחמן כי צפיפותם דומה. ניתן לאמת גילוי כוכב לכת פחמני על ידי בחינת הספקטרום שלו: הספקטרום של כוכב לכת פחמני יראה חוסר במים, אך יראה נוכחות של חומרים פחמניים, כמו פחמן חד-חמצני. כוכבי לכת פחמניים עשויים להיות ממוקמים ליד המרכז הגלקטי או בצבירים כדוריים המקיפים את הגלקסיה, שם לכוכבים יש יחס פחמן לחמצן גבוה יותר מאשר לשמש ולכן הסבירות ליצירת כוכב לכת פחמני שם גדולה יותר. כוכבי לכת במערכות של פולסרים או ננסים לבנים גם הם מועמדים טובים להיות כוכבי לכת פחמניים כיוון שכוכב אשר נימצא בשלב יצור פחמן מעשיר את סביבתו בפחמן לאחר הפיצוץ. בשנת 2011, נאס"א ביטלה משימה שהייתה מתוכננת ל 2015 בשם TPF (אנ'), טלסקופ חלל גדול בהרבה מטלסקופ החלל האבל, שהיה יכול לזהות כוכבי לכת פחמניים. טלסקופ החלל גימס ווב מצויד ביכולת למדוד ספקטרום של כוכבי לכת דמויי-ארץ כדי לגלות את הרכבם. באוקטובר 2012, הוכרז כי כוכב הלכת יאנסן (55 Cancri e) (אנ') המקיף פולסר בעל יחס פחמן לחמצן של של 0.78, מציג ראיות להיותו כוכב לכת פחמני. אורך השנה על כוכב הלכת יאנסן קצר ביותר, הוא מקיף את הכוכב קופרניקוס שבקבוצת סרטן אחת ל-18 שעות. ב-2016 הפך יאנסן לכוכב הלכת החוץ-שמשי הראשון אשר האטמוספירה שלו אופיינה בהצלחה כמורכבת מחנקן, מים ואפילו חמצן, בדומה לזו של כדור הארץ. יאנסן מרוחק כ-40 שנות אור מאיתנו, מסתו גדולה פי שמונה מזו של כדור הארץ ורדיוסו כפול משלנו. מחקרים מצביעים על כך שהטמפרטורה על פני השטח שלו היא אלפי מעלות צלזיוס והוא "מכוסה בגרפיט ויהלום ולא במים ובגרניט". לשם השוואה, ליבת כדור הארץ עשירה בחמצן אבל מסת הפחמן שבה היא רק כאלפית מכלל המסה. המחקר מעריך כי לפחות שליש ממסתו של כוכב הלכת – או כשלוש מסות ארץ – עשוי להיות יהלום, ומעריכים שהוא בעל אטמוספירה צפופה למרות קרבתו הרבה לשמש שלו. כוכבי לכת כמו Draugr ,Poltergeist ו־Phobetor במערכת PSR B1257+12 (אנ'), המקיפים גם הם פולסר, עשויים להיות כוכבי לכת פחמניים שנוצרו לאחר פיצוץ סופרנובה של כוכב בשלב יצור פחמן, או כוכבי לכת שהיו קיימים כבר בזמן הפיצוץ כענקי גז ואיבדו את שכבות האטמוספירה שלהם בפיצוץ, תוך השארת ליבת פחמן. הועלתה סברה שגם סביב הכוכב בטא בכן-ציור (בטא פיקטוריס), כוכב צעיר המרוחק מאיתנו 63 שנות אור, נמצא כוכב לכת פחמני. באוגוסט 2011, מתיו ביילס וצוות המומחים שלו מאוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה באוסטרליה דיווחו כי לפולסר אלפיות השנייה PSR J1719-1438 (אנ'), המצוי כ-4000 שנות אור מכדור הארץ, עשוי להיות מלווה בגודל של כוכב לכת, מלווה העשוי ברובו מיהלום מוצק. למרות שהמלווה קטן יחסית (קוטרו בערך פי חמישה מכדור הארץ), המסה שלו מעט גדולה יותר מזו של צדק. הצפיפות הגבוהה שלו היא שרמזה לצוות על הסבירות להיותו עשיר בפחמן וחמצן - והצביעה על הצורה הגבישית של היסודות. עם זאת, התיאוריה היא ש-"כוכב הלכת" הזה הוא שריד של ננס לבן שהתנדף, ורק הליבה הפנימית נותרה ממנו. לפי הגדרות מסוימות, מצב זה אינו מאפשר לקרוא לו כוכב לכת, כיוון שהוא נוצר ככוכב. כוכב לכת הליום, מופע נוסף של ננס לבן שאיבד מסה והפך לכוכב לכת John Matson, Carbon Planets Turn Earth’s Chemistry on Its Head, Scientific American, ‏2013-01-01 (באנגלית) E. Stonkutė et al., High-resolution Spectroscopic Study of Dwarf Stars in the Northern Sky: Lithium, Carbon, and Oxygen Abundances, The Astronomical Journal 159, 2020-02, עמ' 90 doi: 10.3847/1538-3881/ab6a19 (באנגלית) Carbon Planets, NovaCelestia.com (באנגלית) George Musser, Earth-Like Planets May Be Made of Carbon, Scientific American, ‏2010-01-01 (באנגלית) אבי בליזובסקי, עכשיו גם כוכבי לכת מיהלומים, באתר הידען - Hayadan, ‏2005-02-13 Exoplanet Interior Composition, Sara Seager (באנגלית) Marc J. Kuchner, S. Seager, Extrasolar Carbon Planets, https://www.saraseager.com/ (באנגלית) Bruce Fegley, Jr. and A.G.W. Cameron, A vaporization model for iron/silicate fractionation in the Mercury protoplanet, Earth and Planetary Science Letters 82, 1987, עמ' 207-222 S. Seager, M. Kuchner, C. Hier-Majumder, B. Militzer, Mass-Radius Relationships for Solid Exoplanets, The Astrophysical Journal 669, 2007-11-10, עמ' 1279–1297 doi: 10.1086/521346 (באנגלית) Ashley Strickland, Carbon-rich planets made of diamonds may exist beyond our solar system, study says, CNN, ‏2020-09-14 (באנגלית) Scientists model a cornucopia of Earth-sized planets, phys.org, ‏24 בספטמבר 2007 (באנגלית) Johanna K. Teske, Katia Cunha, Simon C. Schuler, Caitlin A. Griffith, Verne V. Smith, Carbon and Oxygen Abundances in Cool Metal-rich Exoplanet Hosts: A Case Study of the C/O Ratio of 55 Cancri, The Astrophysical Journal 778, 2013-11-12, עמ' 132 doi: 10.1088/0004-637X/778/2/132 Chris Wickham, A diamond bigger than Earth?, reuters, ‏21 באוקטובר 2012 Matt Williams, Planet With Lava Oceans Also has an Atmosphere, Says New Study, Universe Today, ‏2017-11-17 (באנגלית) אבי בליזובסקי, כוכב לכת עשוי מיהלום, באתר הידען - Hayadan, ‏2012-10-13 Exoplanet-catalog, Exoplanet Exploration: Planets Beyond our Solar System (באנגלית) Solid diamond planet found - Australian Geographic, web.archive.org, ‏2011-10-06