Το Hubble ανακαλύπτει έναν πρωτοπλανήτη που θα μπορούσε να ανατρέψει μοντέλα σχηματισμού πλανητών

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA απεικόνισε άμεσες ενδείξεις του σχηματισμού ενός πρωτοπλανήτη που μοιάζει με τον Δία μέσω αυτού που οι ερευνητές περιγράφουν ως «έντονη και βίαιη διαδικασία». Η ανακάλυψη υποστηρίζει μια πολυσυζητημένη θεωρία για το πώς σχηματίστηκαν πλανήτες όπως ο Δίας, που ονομάζεται «αστάθεια του δίσκου».

Ο νέος υπό κατασκευή κόσμος είναι ενσωματωμένος σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο σκόνης και αερίου με μια χαρακτηριστική σπειροειδή δομή που περιφέρεται γύρω του, γύρω από ένα νεαρό αστέρι που εκτιμάται ότι είναι περίπου δύο εκατομμυρίων ετών. Αυτή ήταν περίπου η ηλικία του ηλιακού μας συστήματος όταν βρισκόταν σε εξέλιξη ο σχηματισμός των πλανητών. (Το ηλιακό σύστημα είναι σήμερα 4,6 δισεκατομμυρίων ετών.)

«Η φύση είναι έξυπνη, μπορεί να παράγει πλανήτες με πολλούς διαφορετικούς τρόπους», δήλωσε ο Thayne Currie του Subaru Telescope και του Eureka Scientific, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Όλοι οι πλανήτες είναι κατασκευασμένοι από υλικό που προέρχεται από έναν αστρικό δίσκο. Η κυρίαρχη θεωρία του σχηματισμού πλανητών Jovian ονομάζεται “πυρήνα προσαύξησης”, μια προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω στην οποία οι πλανήτες που είναι ενσωματωμένοι στο δίσκο αναπτύσσονται από μικροσκοπικά σώματα -που κυμαίνονται σε μέγεθος από κόκκους σκόνης έως βράχους- και συγκρούονται και κολλούν μεταξύ τους καθώς περιφέρονται σε τροχιά αστέρι. Αυτός ο αέριος πυρήνας στη συνέχεια συσσωρεύεται αργά από το δίσκο. Αντίθετα, η προσέγγιση αστάθειας του δίσκου είναι ένα μοντέλο από πάνω προς τα κάτω στο οποίο καθώς ένας τεράστιος δίσκος γύρω από ένα αστέρι ψύχεται, η βαρύτητα αναγκάζει τον δίσκο να αποσυντεθεί γρήγορα σε ένα ή περισσότερα θραύσματα της μάζας του πλανήτη.

Ο πρόσφατα σχηματισμένος πλανήτης, που ονομάζεται AB Aurigae b, είναι πιθανώς περίπου εννέα φορές μεγαλύτερος από τον Δία και περιφέρεται γύρω από το άστρο υποδοχής του σε απίστευτα 8,6 δισεκατομμύρια μίλια μακριά – περισσότερο από τη διπλάσια απόσταση του Πλούτωνα από τον Ήλιο μας. Σε αυτή την απόσταση, θα χρειαζόταν πολύς χρόνος, αν συμβεί αυτό, για να σχηματιστεί ένας πλανήτης στο μέγεθος του Δία με πρωτογενή προσαύξηση. Αυτό οδηγεί τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι η αστάθεια του δίσκου επέτρεψε σε αυτόν τον πλανήτη να σχηματιστεί σε τόσο μεγάλη απόσταση. Έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τις προβλέψεις σχηματισμού πλανητών από το ευρέως αποδεκτό μοντέλο προσαύξησης πυρήνα.

Η νέα ανάλυση συνδυάζει δεδομένα από δύο όργανα Hubble: το φασματόμετρο απεικόνισης του διαστημικού τηλεσκοπίου και την κάμερα εγγύς υπέρυθρη και το φασματογράφο πολλαπλών αντικειμένων. Αυτά τα δεδομένα συγκρίθηκαν με αυτά του πιο πρόσφατου οργάνου πλανητικής απεικόνισης που ονομάζεται SCExAO στο ιαπωνικό τηλεσκόπιο Subaru 8,2 μέτρων που βρίσκεται στην κορυφή της Mauna Kea, στη Χαβάη. Ο πλούτος των δεδομένων από το διάστημα και τα επίγεια τηλεσκόπια έχει αποδειχθεί ζωτικής σημασίας, επειδή είναι πολύ δύσκολη η διάκριση δευτερευόντων πλανητών από πολύπλοκες ιδιότητες δίσκου που δεν έχουν καμία σχέση με πλανήτες.

«Η εξήγηση αυτού του συστήματος είναι πολύ δύσκολη», είπε ο Corey. “Αυτός είναι ένας από τους λόγους που χρειαζόμαστε το Hubble για αυτό το έργο – μια καθαρή εικόνα για να διαχωρίζει καλύτερα το φως από τον δίσκο και οποιονδήποτε πλανήτη.”

Η ίδια η φύση έδωσε επίσης ένα χέρι βοήθειας: ο τεράστιος δίσκος σκόνης και αερίου που περιφέρεται γύρω από το αστέρι AB Aurigae έγειρε σχεδόν κατά μέτωπο προς τη θέα μας από τη Γη.

Ο Κιουρί τόνισε ότι η μακροζωία του Χαμπλ έπαιξε ιδιαίτερο ρόλο βοηθώντας τους ερευνητές να μετρήσουν την τροχιά του πρωτοπλανήτη. Αρχικά ήταν πολύ δύσπιστος ότι ο AB Aurigae b ήταν πλανήτης. Αρχειακά δεδομένα από το Hubble, σε συνδυασμό με εικόνες από τη Subaru, αποδείχθηκαν ένα σημείο καμπής στην αλλαγή γνώμης του.

«Δεν μπορέσαμε να εντοπίσουμε αυτή την κίνηση εδώ και ένα ή δύο χρόνια», είπε ο Corey. «Το Hubble παρείχε μια χρονική γραμμή βάσης, μαζί με τα δεδομένα της Subaru, για 13 χρόνια, η οποία ήταν αρκετή για να μπορέσει να ανιχνεύσει την τροχιακή κίνηση».

«Αυτό το αποτέλεσμα ενισχύει τις επίγειες και διαστημικές παρατηρήσεις και θα πάμε πίσω στο χρόνο με αρχειακές παρατηρήσεις του Hubble», πρόσθεσε ο Olivier Guyon από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, στο Tucson και το Subaru Telescope, στη Χαβάη. “Το AB Aurigae b εξετάστηκε τώρα σε πολλαπλά μήκη κύματος και προέκυψε μια σταθερή εικόνα – μια πολύ σταθερή εικόνα.”

Τα αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύτηκαν στο τεύχος 4 Απριλίου του φυσική αστρονομία.

“Αυτή η νέα ανακάλυψη είναι ισχυρή απόδειξη ότι ορισμένοι αέριοι γίγαντες πλανήτες μπορούν να σχηματιστούν μέσω του μηχανισμού της αστάθειας του δίσκου”, δήλωσε ο Άλαν Μπας του Ινστιτούτου Επιστήμης Carnegie στην Ουάσιγκτον, DC. «Τελικά, η βαρύτητα είναι το μόνο που έχει σημασία, καθώς τα υπολείμματα της διαδικασίας σχηματισμού άστρων θα καταλήξουν να ενωθούν με τη βαρύτητα για να σχηματίσουν πλανήτες, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο».

Η κατανόηση των πρώτων ημερών του σχηματισμού πλανητών που μοιάζουν με τον Δία παρέχει στους αστρονόμους μεγαλύτερο πλαίσιο στην ιστορία του ηλιακού μας συστήματος. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για μελλοντικές μελέτες της χημικής σύστασης πρωτοπλανητικών δίσκων όπως το AB Aurigae, συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb της NASA.