HR 8799: ένα παρόμοιο πλανητικό σύστημα του δικού μας

Όταν, το 2013, οι αστρονόμοι έστρεψαν τα πιο σύγχρονα τηλεσκόπια που είχαν στη διάθεσή τους προς την κατεύθυνση του HR 8799 για μία πρωτοποριακή μελέτη, υποψιάστηκαν ότι πρόκειται για ένα πλανητικό σύστημα που αποτελεί «μεγέθυνση» του δικού μας. Δύο χρόνια και κάμποσα επιστημονικά επιτεύγματα μετά, μπορούν να το δηλώσουν με μεγαλύτερη σιγουριά, προσκομίζοντας και τα φωτογραφικά ντοκουμέντα για να στηρίξουν τους ισχυρισμούς τους.

Solar-System Καλλιτεχνική απεικόνιση του πλανητικού συστήματος HR 8799 στα πρώτα στάδια της εξέλιξής του. Διακρίνεται ο πλανήτης HR 8799c, ένας δίσκος αερίου και σκόνης, και εσωτερικοί πλανήτες.

Το πλανητικό σύστημα του HR 8799, ενός νεαρού άστρου, ηλικίας μόλις 30 εκατομμυρίων ετών, ήταν το πρώτο που απεικονίστηκε απευθείας στην ιστορία. Βρίσκεται σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, και σε αυτό έχουν μέχρι στιγμής εντοπιστεί τέσσερις πλανήτες – τρεις το 2008 και ένας τέταρτος το 2010.

Και οι τέσσερις γνωστοί πλανήτες του HR 8799 είναι γίγαντες αερίων, όπως ο Δίας του δικού μας ηλιακού συστήματος, αλλά πολύ επιβλητικότεροι ακόμα και από αυτόν, με μάζες τρεις έως εφτά φορές μεγαλύτερες. Οι τροχιές τους είναι, επίσης, πολύ μεγάλες, σε σύγκριση με τις τροχιές των πλανητών του συστήματός μας.

Για παράδειγμα, η απόσταση του HR 8799c από το άστρο του είναι 40 φορές μεγαλύτερη από την απόσταση της Γης από τον Ήλιο.

1

Ο γνωστός σε όλους αέριος γίγαντας που ακούει στο όνομα Δίας

Ο συγκεκριμένος πλανήτης, το 2013, ήταν αντικείμενο της πιο λεπτομερούς εξέτασης της ατμόσφαιρας ενός αέριου γίγαντα πέρα από το ηλιακό μας σύστημα που έγινε ποτέ. Ένα φάσμα αποκάλυψε, τότε, ότι η αναλογία του άνθρακα προς το οξυγόνο στον συγκεκριμένο πλανήτη, ήταν τέτοια που υποδείκνυε ότι ολόκληρο το σύστημα του HR 8799 θα μπορούσε να ακολουθεί την αρχιτεκτονική του δικού μας, και η μελέτη του να μας οδηγήσει σε μία εξήγηση του σχηματισμού του.

Η σημασία της αναλογίας του άνθρακα προς το οξυγόνο

Ειδικότερα, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της εξέτασης, τα οποία δημοσιεύτηκαν τον Μάρτιο του 2013 σε δύο επιστημονικά περιοδικά, η νεφελώδης ατμόσφαιρα του HR 8799c περιέχει μονοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. Επιπλέον, οι ερευνητές μπόρεσαν να συγκρίνουν την ποσότητα άνθρακα με την ποσότητα οξυγόνου που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, με αποτέλεσμα να έχουμε ενδείξεις σχετικά με το πώς σχηματίστηκε ολόκληρο το πλανητικό σύστημα.

Το παραπάνω είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς, ακόμα και σήμερα, υπάρχει σχετική αβεβαιότητα σχετικά με τον τρόπο σχηματισμού των πλανητών. Τα δύο επικρατούντα μοντέλα των επιστημόνων δείχνουν, το πρώτο, προς τη θεωρία της προσαύξησης του πυρήνα και το δεύτερο, προς τη βαρυτική αστάθεια.

Πλανητικές ιδιότητες, όπως η σύνθεση της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη, είναι στοιχεία που μπορούν να δείξουν αν ένα σύστημα σχηματίστηκε σύμφωνα με το ένα μοντέλο ή το άλλο. Στη μελέτη του 2013, οι αστρονόμοι πέτυχαν το πιο καθαρό φάσμα που είχε αποκτηθεί μέχρι τότε από έναν εξωηλιακό πλανήτη, το οποίο αποκάλυψε ότι η αναλογία του άνθρακα προς το οξυγόνο στον HR 8799c συμφωνεί με το μοντέλο προσαύξησης του πυρήνα.

Το ίδιο μοντέλο πιστεύεται ότι εξηγεί τον σχηματισμό του δικού μας ηλιακού συστήματος και επομένως της Γης.

Μία ματιά στην εξέλιξη του HR 8799

Σύμφωνα με το μοντέλο προσαύξησης του πυρήνα, το άστρο του υπό εξέταση συστήματος περιβαλλόταν αρχικά από έναν τεράστιο δίσκο αερίου και σκόνης. Καθώς το αέριο ψύχονταν, σχηματίστηκε πάγος και κατά τη διαδικασία εξαντλήθηκαν τα άτομα οξυγόνου από τον δίσκο. Ο πάγος και η σκόνη συγκεντρώθηκαν σε πλανητικούς πυρήνες οι οποίοι, μόλις ήταν αρκετά μεγάλοι, προσέλκυσαν το περιβάλλον αέριο για να σχηματίσουν μεγάλες ατμόσφαιρες.

Το αέριο δεν είχε οξυγόνο και αυτό αντανακλάται στις σημερινές ατμόσφαιρες των πλανητών, ως η ενισχυμένη αναλογία του άνθρακα προς το οξυγόνο που ανακαλύφθηκε.

Το μοντέλο προσαύξησης του πυρήνα προβλέπει, επίσης, ότι οι γίγαντες αερίων (όπως ο HR 8799c ή ο Δίας) σχηματίζονται σε μεγάλες αποστάσεις από το άστρο τους, και οι μικρότεροι, βραχώδεις πλανήτες (όπως η Γη) σχηματίζονται πιο κοντά – θεωρία που συμφωνεί με την «αρχιτεκτονική» του ηλιακού μας συστήματος.

“Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι το σύστημα HR 8799 είναι σαν ένα μεγαλύτερο Ηλιακό Σύστημα”, είχε δηλώσει, τότε, η επικεφαλής ερευνήτρια Quinn Konopacky, του Ινστιτούτου Αστρονομίας και Αστροφυσικής Dunlap. “Και έτσι, εκτός από τους γίγαντες αερίων που βρίσκονται μακριά από το μητρικό τους άστρο, δεν θα ήταν περίεργο να βρούμε και πλανήτες σαν τη Γη, πιο κοντά σε αυτό”.

Νέα, ακόμα λεπτομερέστερη μελέτη

Οι παρατηρήσεις του HR 8799c έγιναν με το δεκάμετρο τηλεσκόπιο Keck II, το οποίο επιτρέπει καλύτερη παρατήρηση του διαστήματος, ακόμα και σε σύγκριση με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Για να αντιληφθεί κανείς την ισχύ του Keck II αρκεί να αναλογιστεί ότι οι αστρονόμοι παρομοιάζουν την προσπάθεια παρατήρησης ενός εξωπλανήτη γύρω από ένα άστρο, με την προσπάθεια να δούμε μία πυγολαμπίδα δίπλα σε έναν προβολέα.

Τώρα, στα πλαίσια της LEECH (LBT Exozodi Exoplanet Common Hunt), μίας νέας έρευνας – κυνηγιού εξωπλανητών, οι αστρονόμοι έχουν ερευνήσει ακόμα λεπτομερέστερα το πλανητικό σύστημα HR 8799, μέσω ενός ακόμα ισχυρότερου οργάνου: του Μεγάλου Διοπτρικού Τηλεσκοπίου (LBT), που βρίσκεται στη νοτιοανατολική Αριζόνα.

Η LEECH, η οποία βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη, εκμεταλλεύεται την εξαιρετική απόδοση του οπτικού συστήματος του LBT για να απεικονίσει εξωπλανήτες στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα και συγκεκριμένα, στο μήκος κύματος που οι αστρονόμοι ονομάζουν L’ band. Οι γίγαντες αερίων που είναι ακόμα πολύ νέοι λάμπουν καλύτερα στο L’ band και ξεχωρίζουν, επιτρέποντας στους αστρονόμους να τους αναζητούν ακόμα πιο κοντά στα μητρικά άστρα τους.

Η φωτογραφία

Με τα προηγούμενης τεχνολογίας τηλεσκόπια, τα οπτικά συστήματα των παρατηρητηρίων θα προκαλούσαν τα ίδια μία λάμψη που θα καθιστούσε ένα έργο όπως αυτό των ερευνητών της LEECH αδύνατο. Όμως, με το LBT το προηγουμένως αδύνατο γίνεται δυνατό. Και αυτή η φωτογραφία από το σύστημα HR 8799 είναι η απόδειξη:

3

Το πλανητικό σύστημα του HR 8799. Το περισσότερο φως του άστρου έχει αφαιρεθεί, με αποτέλεσμα οι 4 πλανήτες να διακρίνονται εύκολα. (credit: A.-L. Maire/LBTO via University of Arizona)

Η νέα μελέτη επικεντρώθηκε στην εξέταση των τροχιακών παραμέτρων των τεσσάρων γνωστών αέριων γιγάντων του συστήματος. Αναλύοντας τους συντονισμούς των διαφορετικών πλανητικών τροχιών, οι ερευνητές μπορούν να μάθουν πράγματα για τη συνολική αρχιτεκτονική του εκάστοτε πλανητικού συστήματος.

Τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης έδειξαν ότι κάθε ένας από τους τρεις πιο εξωτερικούς πλανήτες χρειάζεται περίπου τον διπλάσιο χρόνο για να ολοκληρώσει μία τροχιά σε σχέση με τον αμέσως πιο κοντινό στο άστρο πλανήτη και ότι η ύπαρξη ενός ακόμα αέριου γίγαντα στο εσωτερικό πλανητικό σύστημα αποκλείεται.

Η διάγνωση: HR 8799 και ηλιακό σύστημα είναι «αδέρφια»

Επομένως, με βάση τα νέα ευρήματα, το HR 8799 είναι ακόμα πιθανότερο να έχει μία αρχιτεκτονική παρόμοια με του δικού μας ηλιακού συστήματος και άρα, να φιλοξενεί μικρότερης μάζας πλανήτες κοντά στο άστρο του, οι οποίοι δεν έχουν ακόμα ανακαλυφθεί. Οι βραχώδεις πλανήτες που δεν βρίσκονται ούτε πολύ κοντά ούτε πολύ μακριά από το άστρο τους, είναι -παρεμπιπτόντως- οι κύριοι υποψήφιοι για υποστήριξη ζωής.

Τέλος, οι παρατηρήσεις της LEECH έδειξαν ότι το σύστημα HR 8799 είναι αρκετά σταθερό. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει ένδειξη ότι αυτοί οι πλανήτες πρόκειται να συγκρουστούν μεταξύ τους μέσα στα επόμενα λίγα εκατομμύρια χρόνια. Λογικά, αρκετό διάστημα για να συνεχίσουμε την αναζήτηση πλανήτη που μπορεί να φιλοξενεί ζωή, στο συγκεκριμένο «αδερφό» πλανητικό σύστημα.

Πηγές: Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, Πανεπιστήμιο του Τορόν        pathfinder.gr