Μια άλλη συλλογή από νεοσύστατα πλανητικά συστήματα. Αυτή τη φορά από το Gemini Planet Imager
Την επόμενη δεκαετία, πολλά πολύ ισχυρά τηλεσκόπια θα έρθουν στο διαδίκτυο. Η παρατήρηση χρόνου σε αυτά τα «πεδία» θα έχει μεγάλη ζήτηση και το εύρος των στόχων τους θα καλύπτει μια ολόκληρη σειρά θεμάτων στην αστρονομία, την αστροφυσική και την κοσμολογία.
Ένα από τα θέματα που βρίσκονται στην κορυφή της λίστας είναι οι εξωπλανήτες.
Αλλά πώς θα ξέρουν οι αστρονόμοι πού να ξοδέψουν τον πολύτιμο χρόνο τους για την παρατήρηση του εξωπλανήτη;
Αυτή η νέα μελέτη θα βοηθήσει.
Πλανήτες σχηματίζονται σε δίσκους συντριμμιών γύρω από νεαρά αστέρια. Αλλά είναι δύσκολο να δούμε μέσα σε αυτούς τους σκονισμένους δίσκους και να εντοπίσουμε τους πραγματικούς πλανήτες με τα τηλεσκόπια και τα όργανα που έχουμε αυτή τη στιγμή. Τώρα, μια ομάδα αστρονόμων κυκλοφόρησε αυτό που αποκαλούν «γκαλερί απατεώνων» με εικόνες από αυτούς τους δίσκους, ο καθένας από τους οποίους δείχνει στοιχεία νεαρών πλανητών.
Οι εικόνες είναι αποτέλεσμα τεσσάρων ετών δουλειάς με το Gemini Planet Imager (GPI). Το GPI είναι ένα όργανο ακριβείας τοποθετημένο στο τηλεσκόπιο Gemini South 8 μέτρων στη Χιλή.
«Δεν έχει γίνει καμία συστηματική έρευνα νεαρών δίσκων συντριμμιών σχεδόν τόσο μεγάλων, που κοιτάζουν με το ίδιο όργανο, χρησιμοποιώντας τους ίδιους τρόπους και μεθόδους παρατήρησης».
Tom Esposito, Πρώτος συγγραφέας, U of C, Berkeley
Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε μια νέα εργασία με τίτλο ' Αποτελέσματα δίσκου συντριμμιών από την εκστρατεία Polarimetric Imaging της Gemini Planet Imager Exoplanet Survey. Ο πρώτος συγγραφέας είναι ο Tom Esposito, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ. Η εργασία δημοσιεύεται στο The Astronomical Journal.
Η μελέτη στόχευσε νεαρά αστέρια ηλικίας κάτω των 500 εκατομμυρίων ετών. Ήταν κοντινά αστέρια, σε απόσταση 150 παρσέκων (490 έτη φωτός) από εμάς. Υπήρχαν 104 αστέρια, συμπεριλαμβανομένων 38 που είχαν προηγουμένως απεικονιστεί. Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να αναλύσουν 26 δίσκους συντριμμιών και 3 πρωτοπλανητικούς/μεταβατικούς δίσκους.
Έξι από τους 26 περιαστρικούς δίσκους από την έρευνα Gemini Planet Imager, υπογραμμίζοντας την ποικιλομορφία των σχημάτων και των μεγεθών που μπορούν να λάβουν αυτοί οι δίσκοι και δείχνοντας την εξωτερική εμβέλεια των αστρικών συστημάτων στα χρόνια σχηματισμού τους. (Εικόνα από το International Gemini Observatory, NOIRLab, NSF, AURA και Tom Esposito, UC Berkeley. Επεξεργασία εικόνας από τους Travis Recto, University of Alaska Anchorage, Mahdi Zamani και Davide de Martin.)
Η μελέτη είναι —τουλάχιστον εν μέρει— μια προσπάθεια διαλογής στόχων για παρατήρηση χρόνου με πιο ισχυρά μελλοντικά τηλεσκόπια, των οποίων ο χρόνος παρατήρησης θα έχει πολύ μεγάλη ζήτηση. «Σκόπια όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το Γιγαντιαίο τηλεσκόπιο Μαγγελάνου , και το Εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο θα κυκλοφορήσει στο διαδίκτυο τα επόμενα χρόνια. Θα είναι αρκετά ισχυρά για να μελετήσουν εξωπλανήτες και τα συστήματα που τους φιλοξενούν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια από τα σημερινά τηλεσκόπια. Αλλά η δύναμή τους δεν είναι απαραίτητη για να βρουν αυτούς τους πλανήτες αρχικά.
«Συχνά είναι ευκολότερο να ανιχνεύσετε τον γεμάτο σκόνη δίσκο από τους πλανήτες, επομένως ανιχνεύετε πρώτα τη σκόνη και μετά ξέρετε να κατευθύνετε το διαστημικό τηλεσκόπιό σας James Webb ή το Ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace σε αυτά τα συστήματα, μειώνοντας τον αριθμό των αστεριών που πρέπει να κοιτάξετε για να βρείτε αυτούς τους πλανήτες εξαρχής», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Tom Esposito σε μια δελτίο τύπου .
Η εξέταση των εικόνων των δίσκων σε αυτή τη μελέτη είναι σαν να κοιτάζεις τους δίσκους Ζώνη Cooper στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Η Ζώνη του Κάιπερ είναι μια παγωμένη περιοχή στο μακρινό Ηλιακό Σύστημα, 40 φορές πιο μακριά από τον Ήλιο από τη Γη. Το υλικό στη Ζώνη -πέτρες, πάγος και σκόνη- παρέμεινε από τον πλανήτη που σχηματίστηκε στο στάδιο της ανάπτυξης του Ηλιακού μας Συστήματος.
Η Ζώνη Κάιπερ ονομάστηκε προς τιμήν του Ολλανδο-Αμερικανού αστρονόμου Gerard Kuiper, ο οποίος υπέθεσε μια δεξαμενή παγωμένων σωμάτων πέρα από τον Ποσειδώνα. Το πρώτο αντικείμενο της Ζώνης Κάιπερ ανακαλύφθηκε το 1992. Τώρα γνωρίζουμε περισσότερα από χίλια αντικείμενα εκεί και εκτιμάται ότι φιλοξενεί περισσότερους από 100.000 αστεροειδείς και κομήτες εκεί με διάμετρο άνω των 62 μιλίων (100 km). Πίστωση: JHUAPL
Σε αυτή τη μελέτη, ο Δίδυμος κατέγραψε 26 εικόνες από δίσκους συντριμμιών γύρω από αστέρια. Από αυτές, οι 25 είχαν τρύπες στους δίσκους, οι οποίες είναι απόδειξη ενός νεαρού πλανήτη που σαρώνει αέριο και σκόνη καθώς σχηματίζεται. Μερικοί από αυτούς ήταν γνωστοί στο παρελθόν, αλλά επτά από τα 26 ταυτοποιήθηκαν πρόσφατα. Αλλά οι εικόνες των 19 γνωστών στο παρελθόν δεν ήταν τόσο ευκρινείς όσο αυτές οι νέες εικόνες. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι προηγούμενες εικόνες προέρχονται από «σκόπια που δεν διαθέτουν την υψηλή ανάλυση του GPI, επομένως αυτές οι εικόνες δεν δείχνουν τις ίδιες τρύπες που υποδηλώνουν την παρουσία νεαρών πλανητών που σχηματίζονται ακόμη».
«Ένα από τα πράγματα που βρήκαμε είναι ότι αυτοί οι λεγόμενοι δίσκοι είναι πραγματικά δακτύλιοι με εσωτερικά ανοίγματα», είπε ο Esposito, ο οποίος είναι επίσης ερευνητής στο Ινστιτούτο SETI στο Mountain View της Καλιφόρνια. «Το GPI είχε καθαρή άποψη των εσωτερικών περιοχών κοντά στο αστέρι, ενώ στο παρελθόν, παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και παλαιότερα όργανα από το έδαφος δεν μπορούσαν να δουν αρκετά κοντά στο αστέρι για να δουν την τρύπα γύρω του».
Ένα από τα πράγματα που κάνει το Gemini Planet Imager τόσο αποτελεσματικό είναι ο στεφανογράφος του. Το αξιοσέβαστο Hubble διαθέτει στεφανογράφο, ο οποίος εμποδίζει το φως των μακρινών αστεριών, καθιστώντας ευκολότερο να δούμε άλλες λεπτομέρειες γύρω από το αστέρι. Αλλά ο στεφανογράφος δεν είναι τόσο αποτελεσματικός και υψηλής τεχνολογίας όσο αυτός του GPI. Χρησιμοποιώντας τον στεφανογράφο του, το GPI είναι σε θέση να βλέπει σε μία αστρονομική μονάδα (AU) από τα αστέρια που στοχεύει.
Σε αυτή την έρευνα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το GPI για να εξετάσουν αστέρια που ήταν εξαιρετικά φωτεινά στο υπέρυθρο. Όχι λόγω της παραγωγής του ίδιου του αστεριού. Επειδή όμως η υψηλή υπέρυθρη έξοδος υποδηλώνει την παρουσία ενός δίσκου, ο οποίος εκπέμπει υπέρυθρο φως. Το GPI είναι αρκετά ισχυρό ώστε να παρατηρεί φως κοντά στο υπέρυθρο (NIR) που διασκορπίζεται από μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης που δεν είναι μεγαλύτερα από ένα μικρό ή ένα χιλιοστό του χιλιοστού.
Ένας δακτύλιος σκόνης γύρω από το αστέρι HR 4796 A. Οι όμορφα σμιλεμένες άκρες του υποδηλώνουν την παρουσία ενός μεγάλου πλανήτη που σαρώνει αέρια και σκόνη μέσα στο δίσκο των παγωμένων, βραχωδών συντριμμιών, όπως ακριβώς ο Ποσειδώνας σμιλεύει την εσωτερική άκρη της Ζώνης Kuiper μας . (Εικόνα από το International Gemini Observatory, NOIRLab, NSF, AURA και Tom Esposito, UC Berkeley. Επεξεργασία εικόνας από τους Travis Recto, University of Alaska Anchorage, Mahdi Zamani και Davide de Martin.)
«Δεν έχει γίνει καμία συστηματική έρευνα νεαρών δίσκων συντριμμιών σχεδόν τόσο μεγάλων, που κοιτάζουν με το ίδιο όργανο, χρησιμοποιώντας τους ίδιους τρόπους και μεθόδους παρατήρησης», είπε ο Esposito. «Εντοπίσαμε αυτούς τους 26 δίσκους συντριμμιών με πολύ σταθερή ποιότητα δεδομένων, όπου μπορούμε πραγματικά να συγκρίνουμε τις παρατηρήσεις, κάτι που είναι μοναδικό όσον αφορά τις έρευνες σε δίσκους συντριμμιών».
Ο τρόπος με τον οποίο δειγματολήφθηκαν αυτοί οι δίσκοι και τα αστέρια σε αυτήν την έρευνα εξυπηρετεί έναν σκοπό στη μελέτη εξωπλανητών. Για παράδειγμα, επτά από τους νέους δίσκους ήταν σε μια ομάδα 13 που κινούνται μαζί στο διάστημα. Και οι 13 γεννήθηκαν στην ίδια περιοχή την ίδια περίπου εποχή, καθιστώντας τους έναν εξαιρετικό στόχο για την εμβάθυνση της κατανόησής μας σχετικά με το σχηματισμό εξωπλανητών στα νεαρά ηλιακά συστήματα και κατ' επέκταση πώς σχηματίστηκε το δικό μας σύστημα.
«Αν μετρήσετε πίσω το ρολόι για το δικό μας ηλιακό σύστημα κατά 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ποιος από αυτούς τους δίσκους ήμασταν;»
Tom Esposito, Επικεφαλής Συγγραφέας, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋ
«Είναι σαν το τέλειο σημείο για ψάρεμα. Το ποσοστό επιτυχίας μας ήταν πολύ μεγαλύτερο από οτιδήποτε άλλο έχουμε κάνει ποτέ», είπε ο Paul Kalas, επίκουρος καθηγητής αστρονομίας στο UC Berkeley που είναι ο δεύτερος συγγραφέας της εργασίας. Επειδή και τα επτά βρίσκονται γύρω από αστέρια που γεννήθηκαν στην ίδια περιοχή περίπου την ίδια στιγμή, «αυτή η ίδια η ομάδα είναι ένα μίνι εργαστήριο όπου μπορούμε να συγκρίνουμε και να αντιπαραβάλλουμε τις αρχιτεκτονικές πολλών πλανητικών φυτωρίων που αναπτύσσονται ταυτόχρονα κάτω από μια σειρά συνθηκών, κάτι που πραγματικά δεν είχαμε πριν», πρόσθεσε ο Esposito.
Αλλά αυτή η συνεκτική ομάδα είναι μόνο ένα μέρος της ιστορίας. Όλα τα αστέρια και οι δίσκοι είναι νέοι, από δεκάδες εκατομμύρια χρόνια έως μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Αυτή είναι μια πολύ δυναμική περίοδος για τα νεαρά ηλιακά συστήματα, καθώς οι πλανήτες σχηματίζονται και μεταναστεύουν και καθώς διαμορφώνεται η συνολική αρχιτεκτονική του συστήματος.
Περικυκλικός αστρικός δίσκος γύρω από το αστέρι TWA 7, ένας από τους 26 δίσκους που παρατηρήθηκαν από το Gemini Planet Imager. (Εικόνα από το International Gemini Observatory, NOIRLab, NSF, AURA και Tom Esposito, UC Berkeley. Επεξεργασία εικόνας από τους Travis Recto, University of Alaska Anchorage, Mahdi Zamani και Davide de Martin.)
Είναι ενδιαφέρον ότι ένα αστέρι με το όνομα HD 156623 δεν είχε τρύπα στο δίσκο του. Αλλά είναι ένα από τα νεότερα στην ομάδα. Αυτό ταιριάζει με την κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται τα ηλιακά συστήματα. Ένα πολύ νεαρό αστέρι δεν πρέπει να έχει ακόμη πλανήτες, καθώς το ίδιο το αστέρι μόλις έχει σχηματιστεί.
Αυτή είναι μια εικόνα του πολύ νεαρού αστέρα HD 156623 και του δίσκου του. Οι ερευνητές δεν βρήκαν στοιχεία για μια τρύπα στο δίσκο, η οποία θα σηματοδοτούσε την παρουσία ενός πλανήτη αν βρισκόταν εκεί. Τα PS1 και bg1 και bg2 είναι σημειακές πηγές και αντικείμενα φόντου που δεν αποτελούν μέρος του δίσκου. Πίστωση εικόνας: Esposito et al, 2020.
«Όταν κοιτάμε νεότερους περιαστρικούς δίσκους, όπως πρωτοπλανητικούς δίσκους που βρίσκονται σε προηγούμενη φάση εξέλιξης, όταν σχηματίζονται πλανήτες ή πριν αρχίσουν να σχηματίζονται πλανήτες, υπάρχει πολύ αέριο και σκόνη στις περιοχές όπου βρίσκουμε αυτές τις τρύπες στους παλαιότερους δίσκους συντριμμιών», είπε ο Esposito. 'Κάτι έχει αφαιρέσει αυτό το υλικό με την πάροδο του χρόνου και ένας από τους τρόπους που μπορείτε να το κάνετε αυτό είναι με πλανήτες.'
Μια από τις συναρπαστικές πτυχές μελετών όπως αυτή είναι τι μπορεί να μας πει για το σπίτι μας εδώ στο Ηλιακό μας Σύστημα. Πώς θα έμοιαζε αν είχε απεικονιστεί στην αρχή του.
«Αν γυρίσετε το ρολόι για το δικό μας ηλιακό σύστημα κατά 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ποιος από αυτούς τους δίσκους ήμασταν; Ήμασταν ένα στενό δαχτυλίδι ή ήμασταν μια θολή σταγόνα;» είπε ο Εσποζίτο. «Θα ήταν υπέροχο να μάθουμε πώς μοιάζαμε τότε για να καταλάβουμε τη δική μας καταγωγή. Αυτό είναι το μεγάλο αναπάντητο ερώτημα».
Το Ηλιακό μας Σύστημα είναι ένα σχετικά, ήρεμο, ήρεμο μέρος σε σύγκριση με τα νεαρά ηλιακά συστήματα. Πώς μπορεί να έμοιαζε το δικό μας στην αρχή του; Μια απεικόνιση που δείχνει τους 8 πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος σε κλίμακα Πίστωση: NASA
Δεν υπάρχει περίπτωση να μάθουμε ποτέ πώς έμοιαζε το δικό μας Ηλιακό Σύστημα στην αρχή του. Αλλά οι ίδιες διαδικασίες που διαμόρφωσαν το σύστημά μας παίζουν σε κάθε σύστημα. Η δική μας μπορεί να είναι ξεχωριστή μόνο λόγω της πολύτιμης Γης μας που υποστηρίζει τη ζωή.
Η κατανόησή μας για τα νεαρά αστέρια και το ηλιακό σύστημα που εξελίσσεται γύρω τους διαμορφώνεται. Ακόμη και πριν από δέκα χρόνια, δεν ήμασταν τόσο γνώστες όσο τώρα. Όταν η επόμενη γενιά των τηλεσκοπίων μας έρθει στο διαδίκτυο την επόμενη δεκαετία περίπου, οι γνώσεις μας θα αυξηθούν με άλματα και όρια.
Και αυτή η μελέτη θα είναι μέρος όλων.
Περισσότερο:
- Δελτίο τύπου: Η γκαλερί του Rogue με σκονισμένα αστρικά συστήματα αποκαλύπτει φυτώρια εξωπλανητών
- Ερευνητική εργασία: Αποτελέσματα δίσκου συντριμμιών από την εκστρατεία πολικομετρικής απεικόνισης του Gemini Planet Imager Exoplanet Survey
- Σύμπαν σήμερα: Περισσότερες εικόνες από δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες γύρω από νεαρά αστέρια