O planetă dintr-o altă galaxie Understand article

Tradus de Anca Tamaş. Deşi planetele din afara sistemului nostru solar nu au fost destul de interesante, astronomiii au descoperit recent o planetă aflată pe orbita unei stele din afara galaxiei. Iată ce raportează Johny Setiawan.

Impresia artistică asupra
exoplanetei din jurul stelei
HIP 13044

Pentru imagine, multumim
Timotheos Samartzidis

Astronomii ştiau deja de două decenii că există planete în afară sistemului nostru solar (Wolszczan & Frail, 1992). Situate pe orbitele altor stele, ele sunt cunoscute ca planete din afară sistemului solar, sau exoplanete. Până acum au fost detectate cel puţin 500 de exoplanete, majoritatea aflate pe orbitele unor stele ce au caracteristici similare cu ale Soarelui nostru (aşa cum a descris Jørgensen, 2006). În particular, cel puţin 90% dintre stelele care au exoplanete sunt în aceeaşi fază de evoluţie ca şi Soarele, faza principală, în care stelele ard hidrogenul (vezi imaginea de mai jos).

Stele similare Soarelui nostru îşi petrec cea mai mare parte a vieţii în faza principală, arzând încet combustibilul lor nuclear, hidrogenul şi transformându-l într-un element mai greu heliul. Şi Soarele nostru se află în această fază.

După câteva miliarde de ani, acest combustibil este aproape epuizat şi ele încep să se extindă, împingând în exterior straturile externe, departe de ceea ce va deveni un nucleu foarte fierbinte şi foarte mic. Aceste stele mature devin enorme, şi astfel sunt cunoscute ca gigantice roşii.

După faza de gigantică roşie, steaua intră într-o noua fază în care sursa de energie este fuziunea heliului în nucleu, şi fuziunea hidrogenului în straturile exterioare nucleului. Această este faza în care se află acum steaua HIP 13044.

Spre deosebire de stele uriaşe, stelele similare Soarelui nostru nu îşi încheie existenţa prin explozii spectaculoase, ci mor în pace ca nebuloase planetare, aruncând în afară totul în afara unui mic nucleu, cunoscut sub numele de piticile albe.

Pentru a afla mai multe despre evoluţia stelelor, puţin consulta Boffin & Pierce-Price, 2007 (pentru stelele mici), Székely & Benedekfi, 2007 (pentru stelele mari) şi Website-ul Centrului Langton Starw1
Pentru imagine, multumim ESO / S Steinhöfel

Grupul nostru de cercetare de la Institutul de astronomie Max Plank din Heidelberg, Germania, s-a concentrat totuşi pe căutarea planetelor care se află pe orbitele stelelor aflate în faze de evoluţie ulterioare fazei principale. Aceste faze includ faza de gigantică roşie, în care steaua îşi măreşte de sute de ori diametrul iniţial. Detectarea de planete în jurul acestor stele gigantice este importantă pentru studiul evoluţiei sistemelor planetare. În particular, ne va permnite să prevedem viitorul sistemului nostru solar.

Recent, echipa noastră a avut şansa să detecteze o planetă pe orbită stelei HIP 13044, care depăşise faza de gigantică roşie.

O stea extragalactică

Steaua HIP 13044, se află la aproximativ 2000 de ani lumina în constelaţia sudică Fornax sau Furnalul şi este semnificativ diferită de alte stele cunoscute ca având planete. În particular are mult mai puţin fier-mai puţin decât 1% din cât are Soarele. Abundenţa metalului (în compoziţia stelei) este importantă în concentraţia nucleului modelului de planete formate: cu cât mai mult metal este în respectivul sistem solar, cu atât este mai mare probabilitatea de formare a planetelor. De aceea având în vedere nivelul redus de metal, nu ne aşteptam să găsim o planetă în jurul stelei HIP 13044.

Ceea ce face această stea interesantă, în mod special, este faptul că HIP 13044 este una din stelele cuprinse în galaxia noastră. Calea Lactee, şi orbitând în jurul centrului galaxiei pe orbite similare; un astfel de grup este cunoscut sub numele de curent stelar. Curentul Helmi, din care face parte HIP 13044, este cunoscut că avându-şi originea în afară galaxiei noastre (Helmi et al., 1999). Se presupune că atracţia gravitaţională a Căii Lactee a atras aceste stele în galaxia noastră.

Este pentru prima data când astronomii au detectat sisteme planetare într-un curent stelar având origini extragalactice. Datorită uriaşelor distanţe implicate nu avem confirmarea detectării de planete în alte galaxii. Dar expansiunea cosmică a adus o planetă extragalactică în limitele noastre de detectare.

Detectarea exoplanetelor

Deşi steaua HIP 13044 şi planet ce o însoţeşte HIP 13044b se află acum în Calea Lactee, tot sunt la 2000 de ani lumină distanţă faţă de Pământ; dacă steaua poate fi observată cu ajutorul unui telescop, planeta în sine este prea mică pentru a putea fi observată direct. Şi atunci, cum am detectat-o noi?

Utilizând o tehnică cunoscută sub numele de viteză radiala, am căutat minuscule devieri ale stalei datorate prezenţei gravitaţionale a planetei de pe orbită. Examinând liniile spectrale la intervale, am detectat schimbări ale acestor linii(vezi diagrama de mai jos). Acestea indicau schimbări ale vitezei stelei aflate în raza de observare şi pot indică prezenţa unei companii cu o masă redusă, cum ar fi o planetă. Deşi există şi alte tehnici de detectare a exoplanetelor( de exemplu microlentilele, aşa cum sunt descrise în Jørgensen, 2006), metoda vitezei radiale, s-a dovedit a fi cea mai de succes. Pentru aceste observaţii precise, am folosit spectograful de înaltă rezoluţie FEROS ataşat telescopului de 2,2 m MPG / ESO de la European Southern Observatory’s La Silla din Chilew2. Acest observator este echipat cu instrumente de prima clasă pentru detectarea planetelor extrasolare.

Tehnica vitezei radiale pentru detectarea exoplanetelor. Dacă o stea este destul de aproape de Pământ, îi putem detecta lumina. Lumina conţine informaţii despre elementele din atmosfera stelei( liniile negre din culorile spectrului din dreapta); acestea pot fi detectate , de exemplu, cu un spectograf cu înaltă rezoluţie.

Dacă steaua nu are planete, poziţia acestor linii în spectru nu se schimbă periodic. Totuşi dacă steaua are o companie orbitală, cum ar fi o planete( punctul albastru) aceasta determină mici schimbări ale stelei( punctul portocaliu). Cum steaua ( şi nu planetă!) se mişcă spre noi, (spre dreapta diagramei), schimbarea în viteza radiala este negativă( aşa cum se vede în graficul de mai sus; dacă se îndepărtează de noi(spre stânga) schimbarea în viteză radiala este pozitivă. Această se reflectă în schimbarea poziţiei liniilor spectrale: o schimbare pozitivă în viteză radială corespunde unei mişcare către lungimile de undă roşii ale spectrului. O schimbarea negativă corespunde unei mutări spre capătul albastru al spectrului. Aceste schimbări au fost folosite pentru detectarea unei companii orbitale a stelei. Clicați pe imagine pentru a o mări
Pentru imagine, multumim Johny Setiawan

Privind in viitor?

HIP 13044 b este una dintre puţinele exoplanete cunoscute care să supravieţuiască fazei de gigantică roşie a stelei în jurul căreia orbitează, după ce îşi consumaă rezerva de hidrogen din nucleu. Steaua HIP 13044 se contractă din nou acum şi este în faza de a arde helium în nucleul său. Aceasta este prima planetă detectată în jurul unei stele aflate în această fază a evoluţiei sale. Descoperirea planetei HIP 13044 b, este prin urmare intrigantă, atunci când luăm în considerare viitorul îndepărtat al sistemului nostru solar; Soarele este la jumătatea vieţei sale şi este de aşteptat să devină o gigantică roşie în următorii cinci miliarde de ani.

Nu doar existenţa unei noi planete descoperită este interesantă; şi caracteristicile sale sunt neobişnuite. HIP 13044 b are o masă de cel puţin 1,3 ori mai mare decât Jupiter, cea mai mare dintre planetele sistemului nostru solar, şi orbitează la o distanţă egală cu 0,12 din distanţa dintre Pământ şi Soare (0,12 unităţi astronomice). Pentru că este mai aproape de steaua sa decât suntem noi de Pământ, HIP 13044 b parcurge întreaga orbită în jurul stelei sale în 16,2 zile în loc de un an. O astfel de orbită mică a unei planete este obişnuită pentru stele aflate în fază principală, ca Soarele, dar este neobişnuită pentru stelele aflate în faza de stele gigantice.

Ipoteza echipei noastre este că orbita planetei a fost mult mai mare, dar că a devenit mai strânsă în timpul fazei de gigantică roşie. Dacă planeta ar fi fost mai aproape de stea, nu ar mai fi fost atât de norocoasă: steaua se roteşte relativ rapid în faza în care se află în prezent, şi una din explicaţii este că HIP 13044 şi-a înghiţit planetele interioare în timpul fazei de gigantică roşie, ceea ce a făcut steaua să se rotească încă şi mai rapid ( pentru o explicaţie asupra motivelor acestor lucruri, puteţi consulta Carlberg et al., 2009)

Deşi HIP 13044 b a scăpat până acum de soarta planetelor interioare, steua sa se va extinde din nou în următoarea fază a evoluţiei sale. HIP 13044 b care a supravieţuit atât de mult, ar putea fără îndoială fi înghiţită de către steaua sa. Aceasta ar putea fi previzunea pentru decesul chiar şi a planetelor exterioare-precum Jupiter-atunci când Soarele se va apropia de sfârşitul vieţii sale.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Centrul Langton Stars prijina grupurile de cercetare formate din elevi care sunt implicaţi în cecetarea ştiinţifică de frontieră. Pentru a învăţa mai multe despre ciclul de viaţă a unei stele, puteţi consulta resursele net de pe: www.thelangtonstarcentre.org
  • Pentru a afla cum a înfiinţat profesorul de fizică Becky Parker Centrul Langton Star, urmăriţi:
  • w2 – Observatorul European Southern (ESO) construieşte şi operează unele dintre cele mai avansate telescoape astronomice din lume fixate pe sol. ESO este membru al forumului EIRO, editorul revistei Science in School. Pentru a afla mai multe despre ESO, puteţi consulta: www.eso.org

Resources

Institution

ESO

Author(s)

Johny Setiawan a studiat fizica la Universitatea Albert Ludwig din Freiburg îm Breisgau, Germania, înainte de a obţine doctoratul în astronomie şi astrofizică în 2003. Apoi el s-a mutat la Institutul de Astronomie Max Planck din Heidelberg, Germania, unde cercetarea sa se concentrează pe planetele extraşcolare atât a stelelor tinere cât şi a celor mature. În particular, el lucrează cu datele spectroscopice ale spectografelor optice dedicate programelor de detectare a planetelor.


Review

Înainte de a citi acest articol, nu ştiam că galaxia noastră Calea Lactee este gazda curenţilor de stele din alte galaxii. Am fost fascinată de povestea acestor vizitatori şi a exoplanetei într-o excursie galactică.

Din motive pedagogice, m-am gândit mai întâi la gravitaţie-cât de puternică poate fi, cât de universală este şi la ce distanţe mari funcţionează. Acest articol poate fi cu siguranţă asupra altor subiecte în fizică, chimie, astronomie şi ştiinţă Pământului, efectul Doppler, spectroscopia (absorbţia şi emisia liniilor), abundenţa de metal în Univers, atracţia reciprocă a corpurilor celeste şi agregarea planetară. Poate fi folosit ca bază a unei discuţii despre cosmologie, istoria sistemului solar şi despre detectarea planetelor similare Pământului şi a vieţii extraterestre.

Poate fi folosit pentru a discuta modul în care funcţionează ştiinţa: cum ipotezele şi teoriile încep cu noi observaţii şi descoperiri, şi că se bazează pe descoperirile ştiinţifice anterioare şi pe tehnici consacrate, de către oameni de ştiinţă deschişi în abordarea unor posibilităţi ce nu mai fuseseră considerate vreodată.


Marco Nicolini, Italia



License

CC-BY-NC-ND