Τετάρτη, 17 Μαΐου 2017

Πως σχηματίζονται οι πλανήτες ;

Διεισδύοντας στην ¨καρδιά του πλανητικού σχηματισμού.

Εικόνα: Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν 


Για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να διεισδύσουν στην καρδιά του πλανητικού σχηματισμού, καταγράφοντας τη θερμοκρασία και την ποσότητα του αερίου που υπάρχει στις πιθανές και πιο παραγωγικές περιοχές για την δημιουργία πλανητών.

Οι πλανήτες σχηματίζονται μέσα σε διογκωμένους δίσκους αερίου και σκόνης-μικρά σωματίδια που αποτελούνται από σκόνη και πάγο- που ονομάζονται Πρωτοπλανητικοί δίσκοι. Πιο συγκεκριμένα, οι πλανήτες σχηματίζονται στο μεσαίο επίπεδο αυτού του δίσκου ή στο μέσο της ορατής του άκρης.



Καλλιτεχνική αναπαράσταση ενός πρωτοπλανητικού δίσκου.

Αλλά μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι δεν κατάφεραν να παρατηρήσουν αυτό το μεσαίο επίπεδο επειδή τα αέρια στο δίσκο ήταν πολύ αδιαφανή.

"Έχουμε παρατηρήσει στο παρελθόν τέτοιους δίσκους κατά τη  διαδικασία σχηματισμού πλανητών, αλλά οι παρατηρήσεις μας ήταν πολύ επιφανειακές", δήλωσε ο Edwin Bergin, πρόεδρος του τμήματος αστρονομίας U-M στο πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. "Όταν τεκμηριώσαμε  την πυκνότητα, τη θερμοκρασία και την βαρυτική ταχύτητα  – που είναι η φυσική της γέννησης ενός πλανήτη - δεν μπορέσαμε να κάνουμε κάποια δειγματοληψία τρόπο τινά, στην περιοχή όπου γεννιούνται οι πλανήτες".

Αντ 'αυτού, οι ερευνητές έπρεπε να βασίζονται σε παρατηρήσεις που έγιναν στην επιφάνεια του δίσκου. Τώρα, ο Bergin και η ομάδα του, που περιλαμβάνει τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Ke Ke Zhang, έχουν αναπτύξει μια μέθοδο που τους επιτρέπει να αναζητήσουν το ενδιάμεσο επίπεδο - σε αυτή την περίπτωση, ένα δίσκο περίπου 180 έτη φωτός μακριά με ένα αστέρι μέσα του περίπου 0,8 φορές τη μάζα του δικού μας ήλιου .

Για να παρατηρήσουν τη θερμοκρασία και τις άλλες συνθήκες της γέννησης του πλανήτη, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μοριακό υδρογόνο, το οποίο είναι το πιο άφθονο μόριο σε έναν πλανήτη ή στην περιοχή σχηματισμού αστεριών. Αλλά το μοριακό υδρογόνο δεν εκπέμπει (δεν γίνεται ανιχνεύσιμο) στις κρύες θερμοκρασίες που σχετίζονται με τη δημιουργία ενός πλανήτη. Έτσι οι αστρονόμοι πρέπει να επικεντρωθούν σε ένα διαφορετικό μόριο που υπάρχει παράλληλα με το μοριακό υδρογόνο. Ονομάζουν αυτό το διαφορετικό μόριο "μόριο ιχνηλάτη" – έναν αντικαταστάτη του μοριακού υδρογόνου. Σε αυτή την εργασία, η ομάδα χρησιμοποιεί μια σπάνια μορφή μονοξειδίου του άνθρακα ως μόριο ιχνηλάτη.

Τα ευρήματά τους δείχνουν ότι το Χιλιοστομετρικό μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται φυσιολογικά από αυτή τη σπάνια μορφή μονοξειδίου του άνθρακα εντοπίζει για πρώτη φορά με σαφήνεια το μεσαίο επίπεδο , αποκαλύπτοντας τον πλανητικό σχηματισμό στα τηλεσκόπια μας. Σε αυτή την περίπτωση, οι παρατηρήσεις των αστρονόμων στηρίχτηκαν στο Χιλιοστομετρική/Υποχιλιοστομετρική συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων στην έρημο της Ατακάμα (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array), μια διεθνής αστρονομική εγκατάσταση με έδρα τη Χιλή, η οποία μετρά τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από μόρια σε αυτούς τους μακρινούς δίσκους.

Με βάση την κατανομή του μονοξειδίου του άνθρακα, οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να υπολογίσουν πόση μάζα είναι διαθέσιμη στο μεσοπλανητικό χώρο σχηματισμού πλανητών.

Χρησιμοποιώντας μια διαφορετική και σπάνια μορφή μονοξειδίου του άνθρακα, οι ερευνητές μέτρησαν επίσης τη θερμοκρασία της περιοχής με βάση του πόσο λαμπερό ήταν το αυτό το μόριο.

"Αν θέλουμε να κατανοήσουμε το σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος, καθώς  και γιατί υπάρχουν τόσα διαφορετικά συστήματα εξωπλανητών, πρέπει να κατανοήσουμε το μεσαίο επίπεδο", δήλωσε ο Ζανγκ. "Αυτό είναι το επίπεδο όπου συγκεντρώνεται το μεγαλύτερο μέρος της μάζας - εκεί δηλαδή που υπάρχει…μαγεία".

Ένα άλλο βασικό εύρημα της εργασίας αυτής (paper), είναι η πρώτη άμεση μέτρηση της λεγόμενης γραμμή θερμοκρασιακής ψύξης (ή γραμμή χιώνος, ή γραμμή ψύξης- carbon monoxide snowline) μονοξειδίου του άνθρακα. Αυτή η ¨χιονογραμμή¨ (snowline) είναι η ακτίνα στην οποία το μονοξείδιο του άνθρακα παγώνει στο μεσαίο επίπεδο. Πέρα από αυτή την ακτίνα, η θερμότητα από το αστέρι δεν μπορεί πλέον να κρατά το μονοξείδιο του άνθρακα ως ατμό στο μεσαίο επίπεδο και το μονοξείδιο του άνθρακα παγώνει ως πάγος πάνω στην επιφάνεια των κόκκων σκόνης.

Με πράσινο χρώμα βλέπουμε την εκπομπή από ένα μόριο που αποκαλύπτει τη θέση της γραμμή θερμοκρασιακής ψύξης (η γραμμή χιώνος- carbon monoxide snowline) μονοξειδίου του άνθρακα (του πάγου μονοξειδίου του άνθρακα) σε ένα σύστημα νεαρών αστέρων. Η μπλε γραμμή είναι το μέγεθος της τροχιάς του Ποσειδώνα. Σύμφωνα με τα μοντέλα σχηματισμού πλανητών, η περιοχή όπου το μονοξείδιο του άνθρακα παγώνει είναι ακριβώς εκεί που το εντοπίζει η παρατήρηση αυτή.

Το να είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε απευθείας τη μεσαία ¨χιονό-γραμμή¨ είναι επίσης σημαντικό στην κατανόηση των συνθηκών υπό τις οποίες σχηματίζονται οι πλανήτες, δηλώνει ο Ζανγκ. Το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να έχει παρόμοιο ρόλο με το νερό στη διαμόρφωση του δικού μας ηλιακού συστήματος.

"Το νερό, όταν συμπυκνώνεται, προσθέτει μεγάλη ποσότητα στερεάς μάζα στο ¨κτίσιμο¨ ενός πλανητικού πυρήνα", δήλωσε ο Zhang. "Το νερό καθιστά αυτά τα στερεά πιο κολλώδη, ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν ταχύτερα. Οι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι η γραμμή θερμοκρασιακής ψύξης του μονοξειδίου του άνθρακα έχει παρόμοιο αντίκτυπο με το χιονό-γραμμή του νερού (water snowline )".

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι θα χρησιμοποιήσουν τις παρατηρήσεις τους σχετικά με τη χιονό-γραμμή του δίσκου για να δοκιμάσουν θεωρίες σχετικά με το πώς οι γραμμές αυτές διευκολύνουν τον σχηματισμό πλανητών σε άλλους δίσκους.

"Με τις δυνατότητες της συστοιχίας της Ατακάμα (Atacama Array) και με τη νέα αυτή τεχνική, οι αστρονόμοι μπορούν τελικά να εντοπίσουν το σχηματισμό του πλανήτη... εν  δράση", ανέφερε ο Bergin. "Αυτό είναι μια κρίσιμη πληροφορία που απαιτείται για να επιβεβαιώσουμε τις θεωρίες της πλανητικής γέννησης, και εάν λάβουμε υπόψιν και τη μάζα που έχουμε υπολογίσει, μας δείχνει ότι ο πλανητικός σχηματισμός έχει ήδη ξεκινήσει και αυτός ο δίσκος είναι σε καλό δρόμο για να δημιουργήσει νέους πλανήτες".

Για ακόμα περισσότερα  : Collisions generate gas in debris disks

Περισσότερες πληροφορίες: Ke Zhang et al. Mass inventory of the giant-planet formation zone in a solar nebula analogue, Nature Astronomy (2017). DOI: 10.1038/s41550-017-0130 

Read more at: 
https://phys.org/news/2017-05-peering-heart-planet-formation.html#jCp


Δημοσιογραφικές αναφορές: Nature Astronomy  

Επιστημονικός πάροχος: University of Michigan  

16 Μαΐου 2017 από τον Morgan Sherburne

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)
         
Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com