Το κυνήγι για άλλους πλανήτες στον γαλαξία μας έχει θερμανθεί τις τελευταίες δεκαετίες, με 3869 πλανήτες να εντοπίζονται σε 2.886 συστήματα και άλλοι 2.898 υποψήφιοι αναμένουν επιβεβαίωση. Αν και η ανακάλυψη αυτών των πλανητών έχει διδάξει στους επιστήμονες πολλά για τα είδη των πλανητών που υπάρχουν στον γαλαξία μας, υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν γνωρίζουμε για τη διαδικασία του πλανητικού σχηματισμού.
Για να απαντήσει σε αυτές τις ερωτήσεις, μια διεθνής ομάδα χρησιμοποίησε πρόσφατα το Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) για τη διεξαγωγή της πρώτης μεγάλης κλίμακας έρευνας υψηλής ανάλυσης των πρωτοπλανητικών δίσκων γύρω από κοντινά αστέρια. Γνωστό ως Δίσκοι Υποδομών στο Σχέδιο Υψηλής Γωνιακής Ανάλυσης (DSHARP), αυτό το πρόγραμμα απέδωσε εικόνες υψηλής ανάλυσης 20 κοντινών συστημάτων όπου η σκόνη και το αέριο ήταν στη διαδικασία σχηματισμού νέων πλανητών.
Τα αποτελέσματά τους κοινοποιήθηκαν σε μια σειρά δέκα εφημερίδων που πρόκειται να εμφανιστούν σε ένα ειδικό τεύχος του Η Αστροφυσική Εφημερίδα Γράμματα. Η υπεύθυνη ομάδα περιελάμβανε μέλη από το Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ Σμιθσόνια (CfA), το Κοινό Παρατηρητήριο ALMA και πολλά παρατηρητήρια, ερευνητικά ιδρύματα και πανεπιστήμια.
Σε κάθε περίπτωση, οι ερευνητές του DSHARP σημείωσαν την παρουσία κενών στο δίσκο που ήταν μακριά από το κεντρικό αστέρι και φαινόταν να οριοθετούν τα εσωτερικά και εξωτερικά τμήματα του δίσκου. Οι προκύπτοντες δακτύλιοι ήταν επίσης πυκνά συσκευασμένοι ή σχηματιζόμενοι λεπτότερες ταινίες, ανάλογα με την απόσταση τους από το αστέρι. Αυτά τα μοτίβα, ανέφεραν, θα μπορούσαν να είναι το αποτέλεσμα ενός αόρατου πλανητικού συντρόφου που διαταράσσει τον δίσκο.
Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι οι δομές του δίσκου υπόκεινται σε μια παγκόσμια αστάθεια παρόμοια με εκείνη που παρατηρείται στους σπειροειδείς γαλαξίες (όπως ο Γαλαξίας). Σύμφωνα με τους ερευνητές, η πιο συναρπαστική εξήγηση είναι ότι οι μεγάλοι πλανήτες (όπως οι γίγαντες αερίου) σχηματίζονταν κυρίως στους εξωτερικούς άξονες των δίσκων, κάτι που θα έδειχνε ότι ο σχηματισμός πλανητών συμβαίνει πολύ πιο γρήγορα από ό, τι επιτρέπουν οι τρέχουσες θεωρίες σχετικά με τον σχηματισμό πλανητών.
Αυτή η πιθανή εξήγηση θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει πώς οι επίγειοι πλανήτες (δηλαδή βραχώδεις και παρόμοιοι σε μέγεθος με τη Γη) που σχηματίζονται πιο κοντά στα αστέρια τους μπορούν να επιβιώσουν στα πρώτα στάδια του σχηματισμού τους. Ο Sean Andrews, αστρονόμος στο Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian (CfA) και ένας από τους ηγέτες * της καμπάνιας παρατήρησης ALMA, εξήγησε τη σημασία αυτών των ευρημάτων σε ένα δελτίο τύπου του NRAO:
«Ο στόχος αυτής της εκστρατείας παρατήρησης για μήνες ήταν να αναζητήσουμε δομικές ομοιότητες και διαφορές στους πρωτοπλανητικούς δίσκους. Η εξαιρετικά ορατή όραση της ALMA αποκάλυψε προηγουμένως αόρατες δομές και απροσδόκητα περίπλοκα σχέδια. Βλέπουμε ξεχωριστές λεπτομέρειες γύρω από μια μεγάλη ποικιλία νέων αστεριών διαφόρων μαζών. Η πιο συναρπαστική ερμηνεία αυτών των εξαιρετικά διαφορετικών χαρακτηριστικών μικρής κλίμακας είναι ότι υπάρχουν αόρατοι πλανήτες που αλληλεπιδρούν με το υλικό του δίσκου. "
Σύμφωνα με τα κορυφαία μοντέλα σχηματισμού πλανητών, οι πλανήτες γεννιούνται από τη σταδιακή συσσώρευση σκόνης και αερίου μέσα σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο. Αυτό ξεκινά με κόκκους σκόνης που συνενώνονται για να σχηματίσουν μεγαλύτερους και μεγαλύτερους βράχους έως ότου εμφανιστούν αστεροειδείς, πλανήτες και πλανήτες. Αυτή η διαδικασία θεωρείται ότι διαρκεί εκατομμύρια χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι σε παλαιότερα συστήματα θα επηρεαστούν περισσότερο από αυτήν.
Ωστόσο, οι πρώτες παρατηρήσεις που διεξήγαγε η ALMA έδειξαν ότι πολλοί νέοι πρωτοπλανητικοί δίσκοι είχαν καλά καθορισμένες δομές όπως δακτυλίους και κενά. Αυτά τα χαρακτηριστικά σχετίζονται συνήθως με την παρουσία πλανητών, και βρέθηκαν ακόμη και σε μερικά συστήματα που ήταν μόλις ένα εκατομμύριο ετών. Όπως εξήγησε η Jane Huang, απόφοιτος φοιτητής στο CfA και μέλος της ερευνητικής ομάδας:
«Ήταν εκπληκτικό το να βλέπουμε πιθανές υπογραφές σχηματισμού πλανητών στις πρώτες εικόνες υψηλής ανάλυσης νέων δίσκων. Ήταν σημαντικό να μάθουμε αν αυτές ήταν ανωμαλίες ή αν αυτές οι υπογραφές ήταν συχνές σε δίσκους. "
Δεδομένου ότι το αρχικό σύνολο δειγμάτων ήταν τόσο μικρό, η καμπάνια DSHARP τοποθετήθηκε για να παρατηρήσει άλλους πρωτοπλανητικούς δίσκους για σύγκριση. Δεδομένου ότι τα σωματίδια σκόνης είναι γνωστό ότι λάμπουν στο μήκος κύματος του χιλιοστού, η ομάδα της καμπάνιας μπόρεσε να χρησιμοποιήσει τη συστοιχία ALMA για να χαρτογραφήσει με ακρίβεια την κατανομή πυκνότητας των ιμάντων σκόνης γύρω από τα νεαρά συστήματα αστεριών και (ανάλογα με την απόσταση του αστεριού) για να χαρτογραφήσει χαρακτηριστικά όπως μικρό ως μερικές αστρονομικές μονάδες.
Στο τέλος, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι πολλές από τις δομές (δηλαδή ομόκεντρα κενά και στενοί δακτύλιοι) ήταν κοινές σε σχεδόν όλους τους δίσκους, ενώ τα σπειροειδή σχέδια μεγάλης κλίμακας και τα χαρακτηριστικά τόξου ήταν πιο σπάνια. Διαπίστωσαν επίσης ότι οι δίσκοι και τα κενά υπήρχαν σε ένα ευρύ φάσμα αποστάσεων από τα αστέρια τους - που κυμαίνονται από μερικά AU έως περισσότερα από εκατό.
Όπως σημειώθηκε, αυτές οι παρατηρήσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση ενός μόνιμου μυστηρίου όσον αφορά τις θεωρίες του σχηματισμού πλανητών. Συγκεκριμένα, οι αστρονόμοι αναρωτήθηκαν πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν πλανήτες όταν η δυναμική ενός ομαλού πρωτοπλανητικού δίσκου θα προκαλούσε πτώση στο σώμα του ξενιστή οποιουδήποτε σώματος με διάμετρο μεγαλύτερη από ένα εκατοστό. Υπό αυτές τις συνθήκες, δεν πρέπει να υπάρχουν βραχώδη αντικείμενα μεγαλύτερα από έναν αστεροειδή.
Ουσιαστικά, οι πυκνοί δακτύλιοι σκόνης που η ομάδα παρατήρησε θα δημιουργούσε διαταραχές στον δίσκο, οι οποίοι θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ζώνες όπου τα πλανητικά πλάσματα θα ήταν ασφαλή και θα είχαν το χρόνο που χρειάζονται για να αναπτυχθούν σε πλανήτες. Όπως δήλωσε η Laura Perez, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Χιλής και μέλος της ερευνητικής ομάδας:
«Όταν η ALMA αποκάλυψε αληθινά τις δυνατότητές της με την εικονική εικόνα της HL Tau, έπρεπε να αναρωτηθούμε αν αυτό ήταν ένα ξεκάθαρο δεδομένου ότι ο δίσκος ήταν συγκριτικά τεράστιος και νέος. Αυτές οι τελευταίες παρατηρήσεις δείχνουν ότι, αν και εντυπωσιακό, ο HL Tau απέχει πολύ από το ασυνήθιστο και μπορεί στην πραγματικότητα να αντιπροσωπεύει τη φυσιολογική εξέλιξη των πλανητών γύρω από νεαρά αστέρια. "
Αυτή η έρευνα δείχνει τη δύναμη που διαθέτουν τα σύγχρονα όργανα και οι επιστημονικές συνεργασίες. Χάρη στην ικανότητα να βλέπουμε περισσότερα και να βλέπουμε πιο μακριά, οι επιστήμονες μπορούν να δοκιμάσουν αστρονομικές θεωρίες όπως ποτέ άλλοτε. Και στη διαδικασία, οι πιο θεμελιώδεις αντιλήψεις μας για το πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν επιβεβαιώνονται και αμφισβητούνται.
Φροντίστε να απολαύσετε αυτό το κινούμενο σχέδιο του πρωτοπλανητικού δίσκου, ευγενική προσφορά του προγράμματος NRAO Outreach:
* Οι άλλοι ηγέτες της εκστρατείας παρατήρησης ALMA είναι η Andrea Isella του Πανεπιστημίου Rice, η Laura Pérez του Πανεπιστημίου της Χιλής και ο Cornelis Dullemond του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης.
