Credit de imagine: NASA
Dacă astronomii extratereștri din jurul unei stele îndepărtate l-ar fi studiat pe tânărul Soare în urmă cu patru miliarde de ani și jumătate, ar fi putut vedea semne ale unui Pământ nou format orbitând această stea galbenă inofensivă? Răspunsul este da, potrivit Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory) și Benjamin Bromley (Universitatea din Utah). Mai mult decât atât, modelul lor de calculator spune că putem folosi aceleași semne pentru a localiza în care se formează în prezent planete de dimensiunea Pământului - lumi tinere care, într-o zi, pot găzdui viață proprie.
Cheia pentru localizarea Pământurilor nou-născuților, spun Kenyon și Bromley, este să nu căutăm planeta în sine, ci un inel de praf care orbitează steaua care este o amprentă a formării planetei terestre (stâncoase).
„Șansele sunt, dacă există un inel de praf, există o planetă”, spune Kenyon.
Planetele bune sunt greu de găsit
Sistemul nostru solar s-a format dintr-un disc rotativ de gaz și praf, numit disc protoplanetar, care orbitează tânărul Soare. Aceleași materiale se găsesc în toată galaxia noastră, astfel încât legile fizicii prezic că alte sisteme stelare vor forma planete într-o manieră similară.
Deși planetele pot fi comune, acestea sunt dificil de detectat, deoarece sunt prea slabe și situate prea aproape de o stea mult mai strălucitoare. Prin urmare, astronomii caută planete căutând dovezi indirecte ale existenței lor. În sistemele planetare tinere, aceste dovezi pot fi prezente în discul în sine și în modul în care planeta afectează discul prăfuit din care se formează.
Planetele mari, de dimensiunea Jupiter, au o gravitație puternică. Această gravitate afectează puternic discul prăfuit. Un singur Jupiter poate șterge un decalaj în formă de inel în disc, deformează discul sau poate crea înotări concentrate de praf care lasă un model în disc ca o trezire dintr-o barcă. Prezența unei planete uriașe poate explica modelul de veghe văzut pe disc în jurul stelei Vega de 350 de milioane de ani.
Lumile mici, de dimensiunea Pământului, pe de altă parte, au o gravitate mai slabă. Acestea afectează mai slab discul, lăsând semne mai subtile ale prezenței lor. În loc să caute urzeuri sau trezi, Kenyon și Bromley recomandă să caute să vezi cât de strălucitor este sistemul stelelor la lungimile de undă ale infraroșilor (IR). (Lumina infraroșu, pe care o percepem ca căldură, este lumină cu lungimi de undă mai lungi și cu mai puțină energie decât lumina vizibilă.)
Stelele cu discuri prăfuite sunt mai strălucitoare în IR decât stelele fără discuri. Cu cât un sistem de stele mai ține de praf, cu atât este mai luminos în IR. Kenyon și Bromley au arătat că astronomii pot folosi luminozități IR nu numai pentru a detecta un disc, ci și pentru a spune când se formează o planetă de dimensiuni terestre în interiorul acelui disc.
„Am fost primii care au calculat nivelurile preconizate ale producției de praf și excesele infraroșii asociate și primii care au demonstrat că formarea planetei terestre produce cantități observabile de praf”, spune Bromley.
Construirea de planete de la sol
Cea mai răspândită teorie a formării planetei solicită construirea planetelor „de la pământ”. Conform teoriei coagulării, bucăți mici de material stâncos dintr-un disc protoplanetar se ciocnesc și se lipesc. De-a lungul a mii de ani, micile aglomerații se transformă în aglomerații mai mari și mai mari, cum ar fi construirea unui om de zăpadă cu o mână de zăpadă la un moment dat. În cele din urmă, aglomerațiile stâncoase cresc atât de mari încât devin planete cu drepturi depline.
Kenyon și Bromley modelează procesul de formare a planetei folosind un program computerizat complex. Ei „însămânțează” un disc protoplanetar cu un miliard de planetesimale de 0,6 mile (1 kilometru), toate orbitând pe o stea centrală și înaintează sistemul în timp pentru a vedea cum evoluează planetele din acele ingrediente de bază.
„Am făcut simularea cât mai realistă și am putut continua calculele într-un timp rezonabil”, spune Bromley.
Au constatat că procesul de formare a planetei este remarcabil de eficient. Inițial, coliziunile între planetesimale apar la viteze mici, astfel încât obiectele ciocnitoare tind să se contopească și să crească. La o distanță tipică Pământ-Soare, este nevoie de doar aproximativ 1000 de ani pentru ca obiectele de 1 kilometru să crească în obiecte de 100 de kilometri (60 de mile). Alți 10.000 de ani produc protoplanete cu diametrul de 600 de mile, care cresc peste încă 10.000 de ani pentru a deveni protoplanete cu diametru de 1200 de mile. Prin urmare, obiectele de dimensiunea Lunii se pot forma în doar 20.000 de ani.
Pe măsură ce planetesimalele de pe disc cresc și sunt mai masive, gravitația lor devine mai puternică. Odată ce câteva dintre obiecte ating o dimensiune de 600 de mile, acestea încep să „agite” restul obiectelor mai mici. Gravitatea trântește bucățile de rocă mai mici, de dimensiuni asteroide, la viteze mai mari și mai mari. Ei călătoresc atât de repede încât, atunci când se ciocnesc, nu se îmbină - pulverizează, distrându-se reciproc. În timp ce cele mai mari protoplanete continuă să crească, restul planetesimalelor stâncoase se macină reciproc în praf.
"Praful se formează chiar acolo unde se formează planeta, la aceeași distanță de steaua sa", spune Kenyon. Drept urmare, temperatura prafului indică locul în care se formează planeta. Praful într-o orbită asemănătoare lui Venus va fi mai fierbinte decât praful într-o orbită asemănătoare Pământului, oferind un indiciu distanței planetei infantile de steaua sa.
Mărimea celor mai mari obiecte din disc determină rata de producție a prafului. Cantitatea de vârfuri de praf atunci când s-au format protoplanete de 600 de mile.
„Spitzer Space Telescope ar trebui să poată detecta astfel de vârfuri de praf”, spune Bromley.
În prezent, modelul de formare a planetei terestre a lui Kenyon și Bromley acoperă doar o fracțiune din sistemul solar, de pe orbita Venus până la o distanță cam la jumătatea distanței dintre Pământ și Marte. În viitor, ei intenționează să extindă modelul pentru a cuprinde orbite atât de aproape de Soare, cât de Mercur și la fel de îndepărtate ca Marte.
De asemenea, au modelat formarea Centurii Kuiper - o regiune cu obiecte mici, înghețate și stâncoase, dincolo de orbita Neptunului. Următorul pas logic este modelarea formării de giganți de gaz precum Jupiter și Saturn.
„Începem de la marginile sistemului solar și lucrăm spre interior”, spune Kenyon cu un rânjet. „De asemenea, ne pregătim în masă. Pământul este de 1000 de ori mai masiv decât un obiect al centurii Kuiper, iar Jupiter este de 1000 de ori mai masiv decât Pământul. "
„Scopul nostru final este să modelăm și să înțelegem formarea întregului nostru sistem solar.” Kenyon estimează că obiectivul lor este atins într-un deceniu, deoarece viteza computerului continuă să crească, permițând simularea unui întreg sistem solar.
Această cercetare a fost publicată în numărul 20 februarie 2004 al numărului The Astrophysical Journal Letters. Informații și animații suplimentare sunt disponibile online la http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Cu sediul în Cambridge, Mass., Centrul pentru Astrofizică Harvard-Smithsonian este o colaborare comună între Smithsonian Astrophysical Observatory și Harvard College Observatory. Oamenii de știință CfA, organizați în șase divizii de cercetare, studiază originea, evoluția și soarta finală a universului.
Sursa originală: Comunicat de presă CfA
