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…

Άποψη καλλιτέχνη για τον
εξωπλανήτη γύρω από τον
αστέρα HIP 13044

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
Timotheos Samartzidis

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).

Οι αστέρες όπως ο Ήλιος μας περνάνε το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους στην κύρια ακολουθία, μετατρέποντας με αργό ρυθμό το βασικό καύσιμο στον πυρήνα τους, το υδρογόνο, στο βαρύτερο στοιχείο ήλιο. Σε αυτή τη φάση βρίσκεται τώρα ο Ήλιος μας.

Μετά από πολλά δισεκατομμύρια χρόνια, το καύσιμό τους σχεδόν τελειώνει και αρχίζουν να διαστέλλονται, πιέζοντας τα εξωτερικά στρώματα μακριά από τον πολύ μικρό και πολύ θερμό πυρήνα. Αυτοί οι «μεσήλικες» αστέρες γίνονται τεράστιοι, ψύχονται και κοκκινίζουν και μετατρέπονται σε ερυθρούς γίγαντες.

Μετά τη φάση του ερυθρού γίγαντα, ο αστέρας εισέρχεται στη φάση οριζόντιου κλάδου, κατά την οποία πηγή ενέργειας είναι η σύντηξη ηλίου στον πυρήνα και η σύντηξη υδρογόνου στο περίβλημα του πυρήνα. Σε αυτό το στάδιο βρίσκεται τώρα ο αστέρας HIP 13044.

Αντίθετα με τους πιο ογκώδεις αστέρες, αυτοί που μοιάζουν με τον Ήλιο δεν ολοκληρώνουν την ύπαρξή τους με εντυπωσιακές εκρήξεις, αλλά πεθαίνουν ειρηνικά ως πλανητικά νεφελώματα, αφήνοντας πίσω τους μόνο ένα μικρό υπόλειμμα, γνωστό ως λευκός νάνος.

Για να μάθετε περισσότερα για την εξέλιξη των αστέρων, δείτε Boffin & Pierce-Price, 2007 (μικροί αστέρες), Székely & Benedekfi, 2007 (μεγάλοι αστέρες) ) και την ιστοσελίδα Langton Star Centrew1
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από ESO / S Steinhöfel

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.

Η τεχνική ακτινικής ταχύτητας για τον εντοπισμό εξωπλανητών. Αν ένας αστέρας είναι αρκετά κοντά στη Γη, μπορούμε να εντοπίσουμε το φως του. Το φως περιέχει πληροφορίες για τα στοιχεία στην ατμόσφαιρα του αστέρα, που μπορεί να είναι με τη μορφή φασματικών γραμμών (μαύρες γραμμές στο χρωματικό φάσμα, δεξιά). αυτές μπορούν να εντοπιστούν, για παράδειγμα, με έναν υψηλής ανάλυσης φασματογράφο.

Σε έναν αστέρα χωρίς συνοδό, η θέση των γραμμών στο φάσμα δεν μεταβάλλονται περιοδικά. Όμως, η παρουσία ενός εν τροχιά συνοδού, όπως ένας πλανήτης (μπλε σφαίρα) προκαλεί την ταλάντωση του αστέρα (πορτοκαλί σφαίρα). η κίνηση του αστέρα φαίνεται με μία κίτρινη γραμμή. Καθώς ο αστέρας (όχι ο πλανήτης!) μετακινείται προς εμάς (προς τα δεξιά του διαγράμματος), η μεταβολή της ακτινικής ταχύτητάς του είναι αρνητική (όπως φαίνεται στο γράφημα, επάνω). καθώς μετακινείται μακριά από εμάς (προς τα αριστερά), η μεταβολή της ακτινικής ταχύτητας είναι θετική. Αυτό φαίνεται ως μεταβολή στη θέση των φασματικών γραμμών: θετική μεταβολή στη φασματική ταχύτητα αντιστοιχεί σε μετατόπιση προς ερυθρά μήκη κύματος στο φάσμα. αρνητική μεταβολή αντιστοιχεί σε μετατόπιση προς το κυανό άκρο. Αυτές οι αλλαγές χρησιμεύουν στον εντοπισμό ενός συνοδού γύρω από έναν αστέρα. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από Johny Setiawan

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.

Download

Download this article as a PDF

References

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:
  • 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

Institution

ESO

Author(s)

Ο Johny Setiawan σπούδασε φυσική στο Πανεπιστήμιο Albert Ludwig στο Freiburg im Breisgau, Γερμανία, προτού αποκτήσει διδακτορικό στην αστρονομία και αστροφυσική το 2003. Στη συνέχεια, πήγε στο Ινστιτούτο Αστρονομίας Max Planck στη Χαϊδελβέργη, Γερμανία, όπου η έρευνά του εστιάζεται στους εξωηλιακούς πλανήτες τόσο μεγάλων όσο και νεαρών αστέρων. Συγκεκριμένα, μελετάει φασματοσκοπικά δεδομένα των οπτικών φασματογράφων που αφορούν προγράμματα έρευνας πλανητών.


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



License

CC-BY-NC-ND