Πιστωτική εικόνα: NASA
Εάν οι εξωγήινοι αστρονόμοι γύρω από ένα μακρινό αστέρι είχαν μελετήσει τον νεαρό Ήλιο πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, θα μπορούσαν να είχαν δει σημάδια μιας νέας σχηματισμένης Γης σε τροχιά γύρω από αυτό το αθώο κίτρινο αστέρι; Η απάντηση είναι ναι, σύμφωνα με τον Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory) και τον Benjamin Bromley (Πανεπιστήμιο της Γιούτα). Επιπλέον, το μοντέλο του υπολογιστή τους λέει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα ίδια σήματα για να εντοπίσουμε μέρη όπου οι πλανήτες μεγέθους της Γης αποτελούν σήμερα νέους κόσμους που, μια μέρα, μπορούν να φιλοξενήσουν τη δική τους ζωή.
Το κλειδί για τον εντοπισμό των νεογέννητων Γη, λένε οι Kenyon και Bromley, είναι να μην ψάχνουμε για τον ίδιο τον πλανήτη, αλλά για ένα δακτύλιο σκόνης σε τροχιά γύρω από το αστέρι που είναι δακτυλικό αποτύπωμα του χερσαίου (βραχώδους) σχηματισμού πλανητών.
«Οι πιθανότητες είναι, εάν υπάρχει δαχτυλίδι σκόνης, υπάρχει ένας πλανήτης», λέει ο Kenyon.
Είναι δύσκολο να βρεθούν καλοί πλανήτες
Το ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε από έναν περιστρεφόμενο δίσκο αερίου και σκόνης, που ονομάζεται πρωτοπλανητικός δίσκος, σε τροχιά γύρω από τον νεαρό Ήλιο. Τα ίδια υλικά βρίσκονται σε ολόκληρο τον γαλαξία μας, έτσι οι νόμοι της φυσικής προβλέπουν ότι άλλα συστήματα αστεριών θα σχηματίσουν πλανήτες με παρόμοιο τρόπο.
Παρόλο που οι πλανήτες μπορεί να είναι συνηθισμένοι, είναι δύσκολο να εντοπιστούν επειδή είναι πολύ αχνείς και βρίσκονται πολύ κοντά σε ένα πολύ πιο φωτεινό αστέρι. Επομένως, οι αστρονόμοι αναζητούν πλανήτες αναζητώντας έμμεσες ενδείξεις για την ύπαρξή τους. Σε νεαρά πλανητικά συστήματα, αυτά τα στοιχεία μπορεί να υπάρχουν στον ίδιο τον δίσκο και στον τρόπο με τον οποίο ο πλανήτης επηρεάζει τον σκονισμένο δίσκο από τον οποίο σχηματίζεται.
Οι μεγάλοι πλανήτες μεγέθους Δία διαθέτουν ισχυρό βάρος. Αυτή η βαρύτητα επηρεάζει έντονα τον σκονισμένο δίσκο. Ένας μεμονωμένος Δίας μπορεί να καθαρίσει ένα κενό σε σχήμα δακτυλίου στο δίσκο, να παραμορφώσει τον δίσκο ή να δημιουργήσει συμπυκνωμένα στρώματα σκόνης που αφήνουν ένα μοτίβο στο δίσκο σαν ένα ξύπνημα από ένα σκάφος. Η παρουσία ενός γιγαντιαίου πλανήτη μπορεί να εξηγήσει το μοτίβο που μοιάζει με ξύπνημα που εμφανίζεται στον δίσκο γύρω από το αστέρι Vega των 350 εκατομμυρίων ετών.
Οι μικροί κόσμοι με μέγεθος γης, από την άλλη πλευρά, έχουν ασθενέστερη βαρύτητα. Επηρεάζουν τον δίσκο πιο αδύναμα, αφήνοντας πιο λεπτά σημεία της παρουσίας τους. Αντί να αναζητούν στρέβλωση ή αφύπνιση, οι Kenyon και Bromley προτείνουν να δούμε πόσο φωτεινό είναι το σύστημα αστεριών σε υπέρυθρα (IR) μήκη κύματος φωτός. (Το υπέρυθρο φως, το οποίο αντιλαμβανόμαστε ως θερμότητα, είναι φως με μεγαλύτερα μήκη κύματος και λιγότερη ενέργεια από το ορατό φως.)
Τα αστέρια με σκονισμένους δίσκους είναι φωτεινότερα στο υπεριώδες από τα αστέρια χωρίς δίσκους. Όσο περισσότερη σκόνη κρατά ένα σύστημα αστεριών, τόσο πιο φωτεινό είναι το IR. Οι Kenyon και Bromley έχουν δείξει ότι οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις φωτεινότητες υπερύθρων όχι μόνο για να ανιχνεύσουν έναν δίσκο, αλλά και για να πει πότε σχηματίζεται ένας πλανήτης μεγέθους Γης μέσα σε αυτόν τον δίσκο.
«Ήμασταν οι πρώτοι που υπολογίσαμε τα αναμενόμενα επίπεδα παραγωγής σκόνης και σχετικών υπέρυθρων υπερβολών, και οι πρώτοι που αποδείξαμε ότι ο επίγειος σχηματισμός πλανητών παράγει παρατηρήσιμες ποσότητες σκόνης», λέει ο Bromley.
Δημιουργία πλανητών από το έδαφος προς τα πάνω
Η πιο διαδεδομένη θεωρία του σχηματισμού πλανητών απαιτεί την οικοδόμηση πλανητών «από την αρχή προς τα πάνω». Σύμφωνα με τη θεωρία της πήξης, μικρά κομμάτια βραχώδους υλικού σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο συγκρούονται και κολλάνε μεταξύ τους. Πάνω από χιλιάδες χρόνια, μικρές συστάδες μεγαλώνουν σε μεγαλύτερες και μεγαλύτερες συστάδες, σαν να χτίζεις χιονάνθρωπο μια χούφτα χιόνι κάθε φορά. Τελικά, οι βραχώδεις συστάδες μεγαλώνουν τόσο πολύ που γίνονται πλήρεις πλανήτες.
Οι Kenyon και Bromley μοντελοποιούν τη διαδικασία σχηματισμού πλανητών χρησιμοποιώντας ένα πολύπλοκο πρόγραμμα υπολογιστή. «Σπέρνουν» έναν πρωτοπλανητικό δίσκο με ένα δισεκατομμύριο πλανητικά μεγέθη 0,6 μίλια (1 χιλιόμετρο) σε μέγεθος, όλα σε τροχιά γύρω από ένα κεντρικό αστέρι και προωθούν το σύστημα προς τα εμπρός για να δουν πώς εξελίσσονται οι πλανήτες από αυτά τα βασικά συστατικά.
«Κάναμε την προσομοίωση όσο πιο ρεαλιστική μπορούσαμε και ακόμη ολοκληρώσαμε τους υπολογισμούς σε λογικό χρονικό διάστημα», λέει ο Bromley.
Βρήκαν ότι η διαδικασία σχηματισμού πλανητών ήταν εξαιρετικά αποτελεσματική. Αρχικά, οι συγκρούσεις μεταξύ πλανητικών σημείων συμβαίνουν σε χαμηλές ταχύτητες, έτσι τα αντικρουόμενα αντικείμενα τείνουν να συγχωνεύονται και να μεγαλώνουν. Σε μια τυπική απόσταση Γης-Ήλιου, χρειάζονται μόνο περίπου 1000 χρόνια για να αναπτυχθούν αντικείμενα 1 χιλιομέτρου σε αντικείμενα 100 χιλιομέτρων (60 μίλια). Άλλα 10.000 χρόνια παράγει πρωτοπλάτες διαμέτρου 600 μιλίων, οι οποίοι αναπτύσσονται για επιπλέον 10.000 χρόνια και γίνονται πρωτοπλάνοι διαμέτρου 1200 μιλίων. Ως εκ τούτου, αντικείμενα σε μέγεθος Σελήνης μπορούν να σχηματιστούν σε μόλις 20.000 χρόνια.
Καθώς τα πλανητικά πλάσματα μέσα στο δίσκο μεγαλώνουν και μεγαλώνουν, η βαρύτητά τους μεγαλώνει. Μόλις μερικά από τα αντικείμενα φτάσουν σε μέγεθος 600 μίλια, αρχίζουν να «ανακατεύουν» τα υπόλοιπα μικρότερα αντικείμενα. Η βαρύτητα σφίγγει τα μικρότερα κομμάτια βράχου σε μέγεθος αστεροειδούς σε υψηλότερες και υψηλότερες ταχύτητες. Ταξιδεύουν τόσο γρήγορα που όταν συγκρούονται, δεν συγχωνεύονται - κονιοποιούνται, συνθλίβουν μεταξύ τους βίαια. Ενώ οι μεγαλύτεροι πρωτοπλανήτες συνεχίζουν να αναπτύσσονται, οι υπόλοιποι βραχώδεις πλανήτες αλέθονται ο ένας τον άλλον σε σκόνη.
«Η σκόνη σχηματίζεται ακριβώς εκεί που σχηματίζεται ο πλανήτης, στην ίδια απόσταση από το αστέρι του», λέει ο Kenyon. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία της σκόνης υποδεικνύει πού σχηματίζεται ο πλανήτης. Η σκόνη σε τροχιά που μοιάζει με Αφροδίτη θα είναι θερμότερη από τη σκόνη σε τροχιά σαν τη Γη, δίνοντας ένδειξη για την απόσταση του βρεφικού πλανήτη από το αστέρι του.
Το μέγεθος των μεγαλύτερων αντικειμένων στο δίσκο καθορίζει το ρυθμό παραγωγής σκόνης. Η ποσότητα της σκόνης κορυφώνεται όταν έχουν σχηματιστεί πρωτοπλάνοι 600 μιλίων.
«Το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer θα πρέπει να μπορεί να ανιχνεύει τέτοιες κορυφές σκόνης», λέει ο Bromley.
Επί του παρόντος, το μοντέλο χερσαίου πλανήτη Kenyon και Bromley καλύπτει μόνο ένα κλάσμα του ηλιακού συστήματος, από την τροχιά της Αφροδίτης έως μια απόσταση περίπου στα μισά του δρόμου μεταξύ της Γης και του Άρη. Στο μέλλον, σκοπεύουν να επεκτείνουν το μοντέλο ώστε να περικλείουν τροχιές τόσο κοντά στον Ήλιο όσο ο Ερμής και όσο πιο μακριά από τον Άρη.
Έχουν επίσης μοντελοποιήσει το σχηματισμό της ζώνης Kuiper - μια περιοχή με μικρά, παγωμένα και βραχώδη αντικείμενα πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα. Το επόμενο λογικό βήμα είναι η μοντελοποίηση του σχηματισμού γίγαντων φυσικού αερίου όπως ο Δίας και ο Κρόνος.
«Ξεκινάμε από τις άκρες του ηλιακού συστήματος και δουλεύουμε προς τα μέσα», λέει ο Kenyon με χαμόγελο. «Εργαζόμαστε επίσης μαζικά. Η Γη είναι 1000 φορές πιο ογκώδης από ένα αντικείμενο της ζώνης Kuiper και ο Δίας είναι 1000 φορές πιο ογκώδης από τη Γη. "
«Ο απώτερος στόχος μας είναι να μοντελοποιήσουμε και να κατανοήσουμε τον σχηματισμό ολόκληρου του ηλιακού μας συστήματος». Ο Kenyon εκτιμά ότι ο στόχος τους μπορεί να επιτευχθεί μέσα σε μια δεκαετία, καθώς η ταχύτητα του υπολογιστή συνεχίζει να αυξάνεται, επιτρέποντας την προσομοίωση ενός ολόκληρου ηλιακού συστήματος.
Αυτή η έρευνα δημοσιεύθηκε στο τεύχος της Astrophysical Journal Letters στις 20 Φεβρουαρίου 2004. Πρόσθετες πληροφορίες και κινούμενες εικόνες είναι διαθέσιμες στο διαδίκτυο στη διεύθυνση http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Με έδρα το Cambridge, Mass., Το Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics είναι μια κοινή συνεργασία μεταξύ του Smithsonian Astrophysical Observatory και του Harvard College Observatory. Οι επιστήμονες της CfA, οργανωμένοι σε έξι ερευνητικά τμήματα, μελετούν την προέλευση, την εξέλιξη και την τελική μοίρα του σύμπαντος.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων CfA
