Ερευνητές έκαναν λεπτομερές «υπερηχογράφημα» σε αστρικά συστήματα που… κυοφορούν πλανήτες

Μια νέα έρευνα φωτίζει τους μηχανισμούς και τα φαινόμενα που οδηγούν στον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητών στο Σύμπαν.

Οι πλανήτες βρεφικής ηλικίας είναι μικρά και… πεινασμένα κοσμικά σώματα που καταβροχθίζουν γρήγορα ό,τι απομένει από τα νέφη αερίου και σκόνης που περιβάλλουν τα άστρα στα οποία σχηματίζονται. Το αέριο σε αυτούς τους πρωτοπλανητικούς δίσκους εξαφανίζεται γρήγορα, μέσα σε λίγα μόνο εκατομμύρια χρόνια. Οι αστρονόμοι έχουν πλέον μια καλύτερη εικόνα αυτής της διαδικασίας πλανητικής εξέλιξης από ποτέ.

Η έρευνα διεξήχθη από μια διεθνή ομάδα αστρονόμων χρησιμοποιώντας το Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), στο πλαίσιο ενός προγράμματος που ονομάζεται ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO). Η ομάδα AGE-PRO μελέτησε 30 πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο, διαπιστώνοντας ότι τα συστατικά αερίου και σκόνης σε αυτούς τους δίσκους εξελίσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς. Η ποσότητα αερίου που απομένει καθώς αυτοί οι δίσκοι απομακρύνονται καθορίζει τον τύπο των πλανητών που παράγουν αυτά τα συστήματα, διαπίστωσαν οι ερευνητές.

Τα νέα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένου του δικού μας ηλιακού συστήματος. Πράγματι, τα αποτελέσματα του AGE-PRO έχουν οδηγήσει σε έναν εντυπωσιακό αριθμό 12 ερευνητικών εργασιών από διαφορετικές ερευνητικές ομάδες, δείχνοντας πόσο πρωτοποριακή είναι η ανακάλυψη.

«Αυτές οι μελέτες έχουν αποκαλύψει πώς εξελίσσονται οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι με την πάροδο του χρόνου. Τα εξαιρετικά αποτελέσματα αποτελούν ένα ουσιαστικό βήμα προς την κατανόηση των αρχικών συνθηκών που οδηγούν στο σχηματισμό πλανητών σαν τη Γη» δήλωσε στο Space.com ο ερευνητής του AGE-PRO, Ανίμπαλ Σιέρα Μοράλες του Εργαστηρίου Διαστημικής Επιστήμης Mullard στο University College London .

Το περιβάλλον δημιουργίας

Η ιστορία των πρωτοπλανητικών δίσκων ξεκινά όταν συστάδες υπερπυκνού, ψυχρού αερίου καταρρέουν υπό τη δική τους βαρύτητα σε διαστρικά μοριακά νέφη, γεννώντας αστέρια. Αυτά τα βρεφικά άστρα ή «πρωτοαστέρια» συνεχίζουν να συλλέγουν ύλη από το προγεννητικό τους περίβλημα αερίου.

Τελικά, αυτό που μένει πίσω είναι ένα άστρο κύριας ακολουθίας που περιβάλλεται από ένα πεπλατυσμένο, στροβιλιζόμενο νέφος αερίου και σκόνης, έναν πρωτοπλανητικό δίσκο. Μέσα σε αυτόν τον δίσκο, συσσωματώματα υλικού συγκρούονται και κολλάνε, συγκεντρώνοντας μάζα μέχρι να σχηματίσουν πλανητοειδή.

Αυτά τα πλανητοειδή συνεχίζουν να συλλέγουν υλικό από τον πρωτοπλανητικό δίσκο και από αυτή τη διαδικασία αναπτύσσονται οι πλανήτες.
Εκτιμάται ότι οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι περιβάλλουν τα νεογνά αστέρια για αρκετά εκατομμύρια χρόνια, και αυτό καθορίζει τον χρόνο που έχουν διαθέσιμοι γιγάντιοι πλανήτες για να σχηματιστούν.

Το αρχικό μέγεθος και η μάζα του πρωτοπλανητικού δίσκου και η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται, η στροφορμή του, καθορίζουν το είδος των πλανητών που είναι ικανός να γεννήσει. Η διάρκεια ζωής του αερίου στον δίσκο καθορίζει στη συνέχεια πόσο χρόνο πρέπει να συγκεντρωθούν οι συστάδες και να αναπτυχθούν σε σώματα στο μέγεθος αστεροειδών ή πλανητών.

Επιπλέον, αυτοί οι παράγοντες μπορούν επίσης να καθορίσουν εάν οι πλανήτες μεταναστεύουν μέσω του πλανητικού δίσκου κατά τη διάρκεια της νεότητάς τους, κινούμενοι από τους τόπους γέννησής τους πιο κοντά ή πιο μακριά από το αστέρι τους. Αυτό, επομένως, καθορίζει το τελικό σχήμα που θα πάρει ο πλανητικός δίσκος.

Τα ευρήματα

Πριν από αυτή τη νέα μελέτη, οι ερευνητές είχαν αναλύσει πώς εξελίσσεται η περιεκτικότητα σε σκόνη των πρωτοπλανητικών δίσκων, αλλά ο τρόπος με τον οποίο αλλάζει η περιεκτικότητα σε αέριο με την πάροδο του χρόνου δεν ήταν τόσο καλά κατανοητός.

«Το AGE-PRO παρέχει τις πρώτες μετρήσεις των μαζών και των μεγεθών των δίσκων αερίου καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής των δίσκων που σχηματίζουν πλανήτες» αναφέρει σε ανακοίνωσή του Κε Ζανγκ του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. Η έρευνα υποδεικνύει τα χρονικά πλαίσια στα οποία γεννιούνται οι γιγάντιοι πλανήτες αερίου όπως ο Δίας και ο Κρόνος, σε σύγκριση με εκείνα για μικρότερους επίγειους κόσμους όπως η Γη και ο Άρης.

«Το AGE-PRO αποκαλύπτει ότι ο μέσος όρος της μάζας του δίσκου αερίου κυμαίνεται από αρκετές μάζες Δία στις πρώτες ηλικίες, λιγότερο από 1 εκατομμύριο χρόνια, σε λιγότερο από μια μάζα Δία στα πρώτα 1 έως 3 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι οι δίσκοι έχουν τη δεξαμενή για να σχηματίσουν γιγάντιους πλανήτες στους νεαρούς δίσκους, αλλά καθώς ωριμάζουν, το καύσιμο για τον σχηματισμό γιγάντιων πλανητών μειώνεται σημαντικά. Ωστόσο, είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι οι δίσκοι που επιβιώνουν για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, μεταξύ 2 εκατομμυρίων και 3 εκατομμυρίων ετών, διατηρούν μια πολύ παρόμοια μάζα δίσκου αερίου με τα παραδείγματα ηλικίας 1 εκατομμυρίου έως 3 εκατομμυρίων ετών».», δήλωσε η ερευνήτρια του AGE-PRO, Πάολα Πινίλα του Εργαστηρίου Διαστημικής Επιστήμης Mullard στο UCL.

Μια άλλη έκπληξη της νέας μελέτης ήταν το γεγονός ότι, καθώς οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι γερνούν, το αέριο και η σκόνη μέσα σε αυτούς καταναλώνονται με διαφορετικούς ρυθμούς. Συγκεκριμένα, η αναλογία αερίου προς σκόνη υφίσταται μια «ταλάντωση» καθώς αυτά τα στροβιλιζόμενα πεπλατυσμένα σύννεφα γερνούν.

«Το πιο εκπληκτικό εύρημα είναι ότι, αν και οι περισσότεροι δίσκοι διαλύονται μετά από μερικά εκατομμύρια χρόνια, αυτοί που επιβιώνουν έχουν περισσότερο αέριο από το αναμενόμενο. Αυτό αλλάζει ριζικά την εκτίμησή μας για την ατμοσφαιρική συσσώρευση πλανητών που σχηματίζονται σε μεταγενέστερο χρόνο» λέει ο Ζάνγκ.

Συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις του AGE-PRO για την εξέλιξη του αερίου σε πρωτοπλανητικούς δίσκους διαφορετικών ηλικιών με άλλες μελέτες εξέλιξης αερίου, η ομάδα μπορεί να αρχίσει να σκιαγραφεί μια ευρύτερη και πιο λεπτομερή εικόνα για το πώς εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα.

Naftemporiki.gr