Πλανήτης από άλλο γαλαξία Understand article
Μετάφραση από Χαρίλαο Μέγα (Charilaos Megas). Κι ενώ οι πλανήτες εκτός του Ηλιακού μας Συστήματος ήδη μας κέντριζαν την ενδιαφέρον, προστέθηκε μία πρόσφατη ανακάλυψη από…
Για δύο δεκαετίες, οι αστρονόμοι γνώριζαν ότι υπάρχουν πλανήτες πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα (Wolszczan & Frail, 1992). Όντας σε τροχιά γύρω από άλλους αστέρες, είναι γνωστοί ως εξωηλιακοί πλανήτες ή εξωπλανήτες. Μέχρι στιγμής, έχουν αναφερθεί περισσότεροι από 500 εξωπλανήτες, οι περισσότεροι από τους οποίους βρίσκονται σε τροχιά γύρω από αστέρες με παρόμοια χαρακτηριστικά με τον Ήλιο (όπως αναφέρει ο Jørgensen, 2006). Συγκεκριμένα, πάνω από το 90% των αστέρων με εξωπλανήτες βρίσκονται στην ίδια εξελικτική φάση με τον Ήλιο – τη φάση κύριας ακολουθίας, κατά την οποία οι αστέρες καίνε υδρογόνο (βλέπε την εικόνα παρακάτω).
Η ερευνητική ομάδα μας στο Ινστιτούτο Αστονομίας Max Planck στη Χαϊδελβέργη, Γερμανία, παρολαυτά, εστιάζει την έρευνά της σε πλανητικούς συντρόφους γύρω από αστέρες που δε βρίσκονται στη φάση κύριας ακολουθίας, αλλά σε μετέπειτα εξελικτικά στάδια. Αυτά περιλαμβάνουν τη φάση ερυθρού γίγαντα, κατά την οποία ο αστέρας αυξάνει την αρχική του διάμετρο κατά εκατοντάδες φορές. Η ανακάλυψη πλανητών γύρω από τέτοιους γιγάντιους αστέρες είναι σημαντική για τη μελέτη της εξέλιξης των πλανητικών συστημάτων. Συγκεκριμένα, μας επιτρέπει να προβλέψουμε το μέλλον του δικού μας Ηλιακού Συστήματος.
Πρόσφατα, η ομάδα μας ανακάλυψε έναν πλανήτη γύρω από τον αστέρα HIP 13044, που ολοκλήρωσε τη φάση ερυθρού γίγαντα.
Ένας εξωγαλαξιακός αστέρας
Ο αστέρας HIP 13044, που βρίσκεται περίπου 2000 έτη φωτός μακριά από το Ηλιακό μας Σύστημα στο νότιο αστερισμό Fornax («ο φούρνος»), διαφέρει σημαντικά από άλλους γνωστούς αστέρες με πλανήτες. Συγκεκριμένα, έχει πολύ μικρή συγκέντρωση μεταλλικού σιδήρου – μικρότερη από το 1% του Ήλιου. Η υψηλή συγκέντρωση μετάλλου (αστρική μεταλλικότητα) είναι σημαντική για το μοντέλο σχηματισμού πλανητών που λέγεται προσαύξηση πυρήνα: όσο περισσότερο μέταλλο υπάρχει στο αστρικό σύστημα, τόσο μεγαλύτερη η πιθανότητα σχηματισμού πλανήτη. Με βάση τα χαμηλά αυτά επίπεδα σιδήρου, δεν περιμέναμε να βρούμε πλανήτη γύρω από τον HIP 13044.
Αυτό που προξενεί ενδιαφέρον στο συγκεκριμένο αστέρα, όμως, είναι το γεγονός ότι ο HIP 13044 ανήκει σε μία ομάδα αστέρων που διασχίζουν το γαλαξία μας, τον Milky Way, και βρίσκονται στο κέντρο του γαλαξία σε παρόμοιες τροχιές. μία τέτοια ομάδα είναι γνωστή ως αστρικό σμήνος. Το σμήνος Helmi, όπου ανήκει ο HIP 13044, είναι γνωστό ότι έχει καταγωγή έξω από το γαλαξία μας (Helmi et al., 1999). Θεωρείται ότι η βαρυτική έλξη του Milky Way ήταν αυτή που προσέλκυσε τους αστέρες αυτούς στο γαλαξία μας.
Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι αστρονόμοι εντόπισαν ένα πλανητικό σύστημα σε ένα αστρικό σμήνος εξωγαλαξιακής προέλευσης. Λόγω των τεράστιων αποστάσεων, δεν έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη πλανητών σε άλλους γαλαξίες. Αλλά αυτή η κοσμική συγχώνευση έφερε έναν εξωγαλαξιακό πλανήτη κοντά μας.
Ανακαλύπτοντας εξωπλανήτες
Αν και ο αστέρας HIP 13044 και ο συνοδός πλανήτης HIP 13044b βρίσκονται μέσα στον Milky Way, απέχουν 2000 έτη φωτός από τη Γη. αν και ο αστέρας μπορεί να εντοπιστεί με τηλεσκόπιο, ο πλανήτης είναι υπερβολικά μικρός για να τον παρατηρήσουμε άμεσα. Πώς τα καταφέραμε τότε;
Με μία τεχνική που λέγεται ακτινική ταχύτητα, ψάξαμε για μικρές χαρακτηριστικές ταλαντώσεις του αστέρα που προκαλεί η βαρυτική έλξη του συνοδού του. Μελετώντας κατά διαστήματα τις αστρικές φασματικές γραμμές, εντοπίσαμε μεταβολές στις γραμμές αυτές (βλέπε διάγραμμα παρακάτω). Αυτές υποδεικνύουν μεταβολές στην ταχύτητα του αστέρα κατά μήκος της οπτικής επαφής και αποκαλύπτουν την παρουσία ενός αόρατου συνοδού με μικρή μάζα, όπως είναι ένας πλανήτης. Αν και υπάρχουν κι άλλες τεχνικές για τον εντοπισμό εξωπλανητών (π.χ. μικροεστιασμός, όπως περιγράφεται από τον Jørgensen, 2006), η μέθοδος ακτινικής ταχύτητας απεδείχθη πιο επιτυχής. Για αυτές τις ακριβείς παρατηρήσεις, χρησιμοποιήσαμε τον υψηλής ανάλυσης φασματογράφο FEROS που συνδέθηκε με το τηλεσκόπιο 2,2 m MPG / ESO στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο [European Southern Observatory] La Silla στη Χιλήw2. Το παρατηρητήριο αυτό είναι εξοπλισμένο με τα καλύτερα όργανα παγκοσμίως για τον εντοπισμό εξωηλιακών πλανητών.
Κοιτώντας το μέλλον μας;
Ο HIP 13044 b είναι ένας από τους λίγους γνωστούς εξωπλανήτες που επιβίωσαν τη φάση ερυθρού γίγαντα του αστέρα τους, κατά την οποία ο αστέρας διαστέλλεται μαζικά μετά την εξάντληση των αποθεμάτων υδρογόνου στον πυρήνα του. Ο αστέρας HIP 13044 έχει πλέον συσταλεί και εισήλθε στον οριζόντιο κλάδο, καίγοντας το ήλιο στον πυρήνα του. Αυτός είναι ο πρώτος εξωπλανήτης που εντοπίστηκε γύρω από έναν αστέρα οριζόντιου κλάδου. Η ανακάλυψη του HIP 13044 b, επομένως, είναι άκρως ενδιαφέρουσα αν αναλογιστούμε το μακρινό μέλλον του δικού μας πλανητικού συστήματος. ο Ήλιος έχει ήδη περάσει τα μισά της ζωής του και αναμένεται να γίνει ερυθρός γίγαντας σε περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια.
Δεν είναι ενδιαφέρουσα μόνο η ύπαρξη του νεοανακαλυφθέντος πλανήτη. τα χαρακτηριστικά του είναι κι αυτά ασυνήθιστα. Ο HIP 13044 b έχει μάζα τουλάχιστον 1,3 φορές αυτή του Δία, του μεγαλύτερου πλανήτη του Ηλιακού μας Συστήματος, και η τροχιά του είναι σε απόσταση 0,12 αυτής μεταξύ Ήλιου και Γης (0,12 αστρονομικές μονάδες). Καθώς είναι πολύ πιο κοντά στον αστέρα του σε σχέση με εμάς και τον Ήλιο, ο HIP 13044 b κάνει πλήρη περιφορά γύρω από τον αστέρα σε μόλις 16,2 ημέρες, συγκριτικά με το ένα έτος που χρειάζεται η Γη. Τόσο μικρή πλανητική τροχιά είναι σύνηθες φαινόμενο για αστέρες στην κύρια ακολουθία όπως ο Ήλιος, αλλά ασυνήθιστο για αστέρες σε μετέπειτα εξελικτικές φάσεις, όπως οι γιγάντιοι αστέρες.
Η ομάδα μας υποθέτει ότι η τροχιά του πλανήτη μπορεί αρχικά να ήταν πολύ μεγαλύτερη, αλλά μετακινήθηκε προς τα μέσα κατά τη φάση ερυθρού γίγαντα. Αν ο πλανήτης ήταν πιο κοντά στον αστέρα, μπορεί να μην ήταν τόσο τυχερός: ο αστέρας περιστρέφεται σχετικά γρήγορα για αστέρα οριζόντιο κλάδου και μία εξήγηση είναι ότι ο HIP 13044 κατάπιε τους εσωτερικούς πλανήτες κατά τη φάση ερυθρού γίγαντα, που θα προκαλούσαν αύξηση στην περιστροφή του (για επεξήγηση αυτού του γεγονότος, βλέπε Carlberg et al., 2009)
Αν και ο HIP 13044 b μέχρι στιγμής απέφυγε τη μοίρα αυτών των εσωτερικών πλανητών, ο αστέρας θα διασταλεί ξανά στην επόμενη φάση της εξέλιξής του. Ο HIP 13044 b, έχοντας επιβιώσει τόσο πολύ, μπορεί γρήγορα να απορροφηθεί από τον αστέρα του. Αυτό μπορεί να αποτελεί προμήνυμα για την καταστροφή ακόμη και των εξωτερικών πλανητών μας – όπως ο Δίας – όταν ο Ήλιος φτάσει στο τέλος της ζωής του.
References
- Boffin H, Pierce-Price D (2007) Η Σύντηξη στο Σύμπαν: Είμαστε όλοι αστρόσκονη. Science in School 4: 61-63.
- Carlberg JK, Majewski SR, Arras P (2009) The role of planet accretion in creating the next generation of red giant rapid rotators.The Astrophysical Journal 700(1): 832-843. doi: 10.1088/0004-637X/700/1/832
- Helmi A (1999) Debris streams in the solar neighbourhood as relicts from the formation of the Milky Way. Nature 402: 53-55. doi: 10.1038/46980
- Κατεβάστε το αρχείο δωρεάν εδώ, ή γίνετε σήμερα συνδρομητής στο Nature: www.nature.com/subscribe
- Jørgensen UG (2006) Υπάρχουν πλανήτες όπως η Γη γύρω από άλλα άστρα? Science in School 2: 11-16.
- Székely P, Benedekfi Ö (2007) Η σύντηξη στο Διάστημα: όταν ένα γιγαντιαίο άστρο πεθαίνει… Science in School 6: 64-68.
- Wolszczan A, Frail DA (1992) A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 + 12. Nature 355: 145-147. doi: 10.1038/355145a0
- Κατεβάστε το αρχείο δωρεάν εδώ, ή γίνετε σήμερα συνδρομητής στο Nature: www.nature.com/subscribe
Web References
- w1 – Το Langton Star Centre υποστηρίζει ερευνητικές ομάδες μαθητών που ενδιαφέρονται για την τελευταία λέξη στην επιστημονική έρευνα. Για να μάθετε περισσότερα για τον κύκλο ζωής των αστέρων, δείτε τις πηγές στην ιστοσελίδα: www.thelangtonstarcentre.org
- Για να μάθετε πώς ίδρυσε το The Langton Star Centre η καθηγήτρια φυσικής Becky Parker, δείτε:
- Stanley S (2011) Επιστήμονες από την εφηβεία! Science in School 19: 69-72.
- w2 – Το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) κατασκευάζει και χρησιμοποιεί μία σειρά από τα πιο εξελιγμένα επίγεια αστρονομικά τηλεσκόπια του κόσμου. Το ESO είναι μέλος του EIROforum, του εκδότη του Science in School. Για να μάθετε περισσότερα για το ESO, δείτε: www.eso.org
Resources
- Για να μάθετε περισσότερα για την έρευνα που περιγράφεται στο άρθρο, δείτε:
- Setiawan J et al. (2010) A giant planet around a metal-poor star of extragalactic origin. Science 330(6011): 1642-1644. doi: 10.1126/science.1193342
- Για να μάθετε για την έρευνα εξωπλανητών της Ευρωπαϊκής Εταιρείας Διαστήματος [European Space Agency], δείτε:
- Fridlund M (2009) Ο δορυφόρος CoRoT αναζητά γεώμορφους πλανήτες. Science in School 13: 15-18.
- Για να μάθετε περισσότερα για τους εξωπλανήτες, δείτε τα εργαλεία (στα Αγγλικά και Ισπανικά) στην ιστοσελίδα του ESO: www.eso.org/public/products/presskits
- Για να μάθετε πώς να κατασκευάσετε το δικό σας φασματόμετρο και να μελετήσετε τις φασματικές γραμμές του Ήλιου, δείτε:
- Westra MT (2007) Μια “νέα” ματιά στο φως: φτιάξε το δικό σου φασματοσκόπιο. Science in School 4: 30-34.
Institutions
Review
Προτού διαβάσω το άρθρο αυτό, δε γνώριζα ότι ο γαλαξίας μας, ο Milky Way, φιλοξενούσε αστρικά σμήνη από άλλους γαλαξίες. Εντυπωσιάστηκα με την ιστορία αυτών των εξωγήινων επισκεπτών και ενός εξωπλανήτη σε γαλαξιακό ταξίδι.
Για διδακτικούς σκοπούς, σκέφτηκα αρχικά τη βαρύτητα – πόσο δυνατή μπορεί να είναι, πόσο παγκόσμια και σε πόσο μεγάλες αποστάσεις δρα. Το άρθρο μπορεί επίσης να χρησιμεύσει σε άλλα θέματα φυσικής, χημείας, αστρονομίας και γεωεπιστήμης: μάζα, το φαινόμενο Doppler, η φασματοσκοπία (γραμμές απορρόφησης και εκπομπής), παρουσία μετάλλων στο Σύμπαν, η αμοιβαία έλξη ουράνιων σωμάτων και η πλανητική προσαύξηση. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για μία συζήτηση περί κοσμολογίας, ιστορίας του Ηλιακού Συστήματος και της έρευνας για πλανήτες σαν τη Γη και την εξωγήινη ζωή.
Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για μία συζήτηση για το πώς λειτουργεί η επιστήμη: πώς οι υποθέσεις και οι θεωρίες ξεκινούν με νέες παρατηρήσεις και ανακαλύψεις και βασίζονται σε προηγούμενα επιστημονικά επιτεύγματα και παγιωμένες τεχνικές, από επιστήμονες που είναι ανοιχτοί σε ενδεχόμενα που δεν είχαν δημιουργηθεί νωρίτερα.
Marco Nicolini, Ιταλία