Ένα από τα πιο καυτά αστροφυσικά θέματα - το κυνήγι πλανητών που μοιάζουν με τη Γη γύρω από άλλα αστέρια - μόλις έλαβε σημαντική ώθηση από νέες φασματικές παρατηρήσεις με το όργανο MIDI στο ESO VLT Interferometer (VLTI).
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [2] έχει αποκτήσει μοναδικά υπέρυθρα φάσματα σκόνης στις εσωτερικές περιοχές των πρωτο-πλανητικών δίσκων γύρω από τρία νεαρά αστέρια - τώρα σε μια κατάσταση πιθανώς πολύ παρόμοια με εκείνη του ηλιακού μας συστήματος στην παραγωγή, περίπου 4.500 πριν από εκατομμύρια χρόνια.
Αναφέροντας το τεύχος αυτής της εβδομάδας στο επιστημονικό περιοδικό Nature, και χάρη στην απαράμιλλη, έντονη και διεισδυτική άποψη της ιντερφερόμετρης, δείχνουν ότι και στα τρία, τα σωστά συστατικά υπάρχουν στο σωστό μέρος για να ξεκινήσει ο σχηματισμός βραχώδεις πλανητών σε αυτά τα αστέρια.
«Άμμος» στις εσωτερικές περιοχές των αστρικών δίσκων
Ο Ήλιος γεννήθηκε περίπου 4.500 εκατομμύρια χρόνια πριν από ένα κρύο και τεράστιο σύννεφο διαστρικού αερίου και σκόνης που κατέρρευσε κάτω από τη δική του βαρυτική έλξη. Υπήρχε ένας σκονισμένος δίσκος γύρω από το νεαρό αστέρι, στο οποίο σχηματίστηκαν αργότερα η Γη και άλλοι πλανήτες, καθώς και κομήτες και αστεροειδείς.
Αυτή η εποχή έχει περάσει από καιρό, αλλά μπορούμε ακόμα να παρακολουθούμε την ίδια διαδικασία παρατηρώντας την υπέρυθρη εκπομπή από πολύ νεαρά αστέρια και τους σκονισμένους πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω τους. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, τα διαθέσιμα όργανα δεν επέτρεψαν μελέτη της κατανομής των διαφόρων συστατικών της σκόνης σε τέτοιους δίσκους. Ακόμη και οι πιο γνωστοί είναι πολύ μακριά για τα καλύτερα μεμονωμένα τηλεσκόπια για την επίλυσή τους. Αλλά τώρα, όπως εξηγεί ο Francesco Paresce, Project Scientist για το VLT Interferometer και μέλος της ομάδας από το ESO, «Με το VLTI μπορούμε να συνδυάσουμε το φως από δύο καλά διαχωρισμένα μεγάλα τηλεσκόπια για να λάβουμε πρωτοφανή γωνιακή ανάλυση. Αυτό μας επέτρεψε, για πρώτη φορά, να κοιτάξουμε κατευθείαν στην εσωτερική περιοχή των δίσκων γύρω από μερικά κοντινά νεαρά αστέρια, ακριβώς στο μέρος όπου περιμένουμε ότι πλανήτες όπως η Γη μας σχηματίζονται ή σύντομα θα σχηματιστούν »
Συγκεκριμένα, νέες ενδομετρικές παρατηρήσεις τριών νεαρών αστεριών από μια διεθνή ομάδα [2], χρησιμοποιώντας τη συνδυασμένη ισχύ δύο τηλεσκοπίων 8,2-m VLT σε απόσταση εκατό μέτρων, έχει επιτύχει επαρκή ευκρίνεια εικόνας (περίπου 0,02 arcsec) για τη μέτρηση της εκπομπής υπερύθρων από εσωτερική περιοχή των δίσκων γύρω από τρία αστέρια (που αντιστοιχούν περίπου στο μέγεθος της τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο) και την εκπομπή από το εξωτερικό μέρος αυτών των δίσκων. Τα αντίστοιχα υπέρυθρα φάσματα έχουν παράσχει σημαντικές πληροφορίες για τη χημική σύνθεση της σκόνης στους δίσκους και επίσης για το μέσο μέγεθος κόκκων.
Αυτές οι παρατηρήσεις ίχνους δείχνουν ότι το εσωτερικό μέρος των δίσκων είναι πολύ πλούσιο σε κρυσταλλικούς πυριτικούς κόκκους («άμμος») με μέση διάμετρο περίπου 0,001 mm. Σχηματίζονται από πήξη πολύ μικρότερων, άμορφων κόκκων σκόνης που ήταν πανταχού παρόντα στο διαστρικό σύννεφο που γέννησαν τα αστέρια και τους δίσκους τους.
Οι υπολογισμοί του μοντέλου δείχνουν ότι οι κρυσταλλικοί κόκκοι θα πρέπει να υπάρχουν άφθονα στο εσωτερικό μέρος του δίσκου κατά τον σχηματισμό της Γης. Στην πραγματικότητα, οι μετεωρίτες στο δικό μας ηλιακό σύστημα αποτελούνται κυρίως από αυτού του είδους πυριτικό.
Ο Ολλανδός αστρονόμος Rens Waters, μέλος της ομάδας του Αστρονομικού Ινστιτούτου του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ, είναι ενθουσιώδης: «Με όλα τα συστατικά στη θέση τους και τον σχηματισμό μεγαλύτερων κόκκων από τη σκόνη έχει ήδη ξεκινήσει, ο σχηματισμός μεγαλύτερων και μεγαλύτερων κομματιών από πέτρα και , τέλος, οι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη από αυτούς τους δίσκους είναι σχεδόν αναπόφευκτοι! "
Μετασχηματισμός των κόκκων
Είναι γνωστό εδώ και αρκετό καιρό ότι το μεγαλύτερο μέρος της σκόνης σε δίσκους γύρω από νεογέννητα αστέρια αποτελείται από πυριτικά άλατα. Στο γενέθλιο νέφος αυτή η σκόνη είναι άμορφη, δηλαδή τα άτομα και τα μόρια που συνθέτουν έναν κόκκο σκόνης συναρμολογούνται με χαοτικό τρόπο και οι κόκκοι είναι χνουδωτοί και πολύ μικροί, συνήθως μεγέθους περίπου 0,0001 mm. Ωστόσο, κοντά στο νεαρό αστέρι όπου η θερμοκρασία και η πυκνότητα είναι υψηλότερες, τα σωματίδια σκόνης στον περιστασιακό δίσκο τείνουν να κολλάνε μεταξύ τους έτσι ώστε οι κόκκοι να γίνουν μεγαλύτεροι. Επιπλέον, η σκόνη θερμαίνεται από αστρική ακτινοβολία και αυτό αναγκάζει τα μόρια στους κόκκους να αναδιατάσσονται σε γεωμετρικά (κρυσταλλικά) σχέδια.
Κατά συνέπεια, η σκόνη στις περιοχές του δίσκου που είναι πιο κοντά στο αστέρι μετατρέπεται σύντομα από «παρθένα» (μικρά και άμορφα) σε «επεξεργασμένα» (μεγαλύτερα και κρυσταλλικά) κόκκους.
Οι φασματικές παρατηρήσεις των πυριτικών κόκκων στην περιοχή μήκους κύματος μεσαίου υπερύθρου (περίπου 10? M) θα δείξουν εάν είναι «παρθένοι» ή «επεξεργασμένοι». Παλαιότερες παρατηρήσεις δίσκων γύρω από νεαρά αστέρια έχουν δείξει ότι υπάρχει ένα παρθένο και επεξεργασμένο υλικό, αλλά ήταν μέχρι στιγμής αδύνατο να πει κανείς πού ζούσαν οι διαφορετικοί κόκκοι στο δίσκο.
Χάρη στην εκατονταπλάσια αύξηση της γωνιακής ανάλυσης με το VLTI και το εξαιρετικά ευαίσθητο όργανο MIDI, τα λεπτομερή υπέρυθρα φάσματα των διαφόρων περιοχών των πρωτοπλανητικών δίσκων γύρω από τρία νεογέννητα αστέρια, μόλις μερικά εκατομμύρια χρόνια, δείχνουν τώρα ότι η σκόνη πλησιάζει το αστέρι είναι πολύ πιο επεξεργασμένο από τη σκόνη στις εξωτερικές περιοχές του δίσκου. Σε δύο αστέρια (HD 144432 και HD 163296) η σκόνη στον εσωτερικό δίσκο είναι αρκετά επεξεργασμένη ενώ η σκόνη στον εξωτερικό δίσκο είναι σχεδόν παρθένα. Στο τρίτο αστέρι (HD 142527) η σκόνη υποβάλλεται σε επεξεργασία σε ολόκληρο το δίσκο. Στην κεντρική περιοχή αυτού του δίσκου, είναι εξαιρετικά επεξεργασμένο, σύμφωνα με την εντελώς κρυσταλλική σκόνη.
Ένα σημαντικό συμπέρασμα από τις παρατηρήσεις του VLTI είναι επομένως ότι τα δομικά στοιχεία για πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη υπάρχουν σε περιστασιακούς δίσκους από την αρχή. Αυτό έχει μεγάλη σημασία καθώς δείχνει ότι οι πλανήτες του χερσαίου (βραχώδους) τύπου όπως η Γη είναι πιθανότατα αρκετά συνηθισμένοι σε πλανητικά συστήματα, επίσης έξω από το ηλιακό σύστημα.
Οι παρθένοι κομήτες
Οι παρούσες παρατηρήσεις έχουν επίσης επιπτώσεις στη μελέτη των κομητών. Μερικοί - ίσως όλοι - κομήτες στο ηλιακό σύστημα περιέχουν τόσο παρθένα (άμορφα) όσο και επεξεργασμένη (κρυσταλλική) σκόνη. Οι κομήτες σχηματίστηκαν σίγουρα σε μεγάλες αποστάσεις από τον Ήλιο, στις εξωτερικές περιοχές του ηλιακού συστήματος, όπου ήταν πάντα πολύ κρύο. Επομένως, δεν είναι σαφές πώς οι επεξεργασμένοι κόκκοι σκόνης μπορούν να καταλήξουν σε κομήτες.
Σε μια θεωρία, η επεξεργασμένη σκόνη μεταφέρεται προς τα έξω από τον νεαρό ήλιο με αναταράξεις στον μάλλον πυκνό περίγραμμα του δίσκου. Άλλες θεωρίες ισχυρίζονται ότι η κατεργασμένη σκόνη σε κομήτες παρήχθη τοπικά στις ψυχρές περιοχές για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, ίσως από κύματα σοκ ή αστραπές στο δίσκο ή από συχνές συγκρούσεις μεταξύ μεγαλύτερων θραυσμάτων.
Η παρούσα ομάδα αστρονόμων τώρα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η πρώτη θεωρία είναι η πιο πιθανή εξήγηση για την παρουσία επεξεργασμένης σκόνης σε κομήτες. Αυτό συνεπάγεται επίσης ότι οι κομήτες μεγάλης διάρκειας που μερικές φορές μας επισκέπτονται από το εξωτερικό του ηλιακού μας συστήματος είναι πραγματικά παρθένα σώματα, που χρονολογούνται από μια εποχή που η Γη και οι άλλοι πλανήτες δεν είχαν ακόμη σχηματιστεί.
Μελέτες τέτοιων κομητών, ειδικά όταν πραγματοποιούνται επιτόπου, θα παρέχουν άμεση πρόσβαση στο αρχικό υλικό από το οποίο σχηματίστηκε το ηλιακό σύστημα.
Περισσότερες πληροφορίες
Τα αποτελέσματα που αναφέρονται σε αυτό το ESO PR παρουσιάζονται με περισσότερες λεπτομέρειες σε ένα ερευνητικό έγγραφο «Τα δομικά στοιχεία των πλανητών στην« επίγεια »περιοχή των πρωτοπλανητικών δίσκων», από τον Roy van Boekel και συν-συγγραφείς (Nature, 25 Νοεμβρίου 2004). Οι παρατηρήσεις έγιναν κατά τη διάρκεια του προγράμματος πρώιμης επιστημονικής επίδειξης του ESO.
Σημειώσεις
[1]: Αυτό το δελτίο τύπου του ESO εκδίδεται σε συνεργασία με το Αστρονομικό Ινστιτούτο του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ, Κάτω Χώρες (NOVA PR) και την Αστρονομία Max-Planck-Institut (Χαϊδελβέργη, Γερμανία (MPG PR).
[2]: Η ομάδα αποτελείται από τους Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik και Alex de Koter (Astronomical Institute, University of Amsterdam, The Netherlands), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ; hler και Frank Przygodda (Max-Planck-Institut f? r Astronomie, Heidelberg, Germany), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schler και Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe και Jeroen de Jong (Παρατηρητήριο του Λάιντεν) , Ολλανδία), Anne Dutrey και Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Γαλλία), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote dAzur, Nice, Γαλλία), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Γαλλία) και Thomas Preibisch (Max - Ραδιοαστρονομία Planck-Institut, Βόννη, Γερμανία).
[3]: Το μέσο MIDI είναι το αποτέλεσμα μιας συνεργασίας μεταξύ γερμανικών, ολλανδικών και γαλλικών ινστιτούτων. Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στο ESO PR 17/03 και ESO PR 25/02.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
