Vaizdo kreditas: NASA
Jei ateivių astronomai aplink tolimą žvaigždę būtų tyrę jaunąją Saulę prieš keturis su puse milijardo metų, ar jie galėjo pamatyti naujai susiformavusios Žemės požymius, skriejančius aplink šią nekenksmingą geltoną žvaigždę? Atsakymas yra teigiamas, pasak Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory) ir Benjamin Bromley (Jutos universitetas). Be to, jų kompiuterinis modelis sako, kad tuos pačius ženklus galime naudoti norėdami nustatyti vietas, kur šiuo metu formuojasi Žemės dydžio planetos, - jaunus pasaulius, kurie vieną dieną gali gyventi savo gyvenimą.
Naujagimių, pavyzdžiui, Kenjono ir Bromley, žemės nustatymo raktas yra ieškoti ne pačios planetos, o dulkių žiedo, skriejančio aplink žvaigždę, kuris yra antžeminės (uolinės) planetos formavimosi pirštas.
„Jei yra dulkių žiedas, yra tikimybė, kad yra planeta“, - sako Kenyonas.
Gerų planetų sunku rasti
Mūsų Saulės sistema susiformavo iš besisukančių dujų ir dulkių disko, vadinamo protoplanetiniu disku, kuris skrieja aplink jaunąją Saulę. Tos pačios medžiagos randamos visoje mūsų galaktikoje, todėl fizikos įstatymai numato, kad kitos žvaigždžių sistemos panašiai sudarys planetas.
Nors planetos gali būti įprastos, jas sunku aptikti, nes jos yra per silpnos ir yra per arti daug ryškesnės žvaigždės. Todėl astronomai ieško planetų ieškodami netiesioginių jų egzistavimo įrodymų. Jaunose planetų sistemose tų įrodymų gali būti pačiame diske ir kaip planeta veikia dulkėtą diską, iš kurio jie susidaro.
Didelės, Jupiterio dydžio planetos turi stiprią gravitaciją. Tas sunkis stipriai veikia dulkėtą diską. Vienintelis Jupiteris gali išvalyti žiedo formos tarpą diske, deformuoti diską arba sukurti koncentruotas dulkes, kurios diske palieka tokį modelį kaip pabudimas iš valties. Milžiniškos planetos buvimas gali paaiškinti panašų į pabudimą modelį, matomą diske aplink 350 milijonų metų senumo žvaigždę Vegą.
Kita vertus, maži, žemės dydžio pasauliai turi silpnesnę gravitaciją. Jie silpniau veikia diską, palikdami subtilesnius buvimo požymius. Užuot ieškoję metmenų ar žadintuvų, Kenyonas ir Bromley pataria pasižiūrėti, koks ryškus žvaigždžių sistemos ryškumas yra infraraudonųjų (IR) šviesos ilgių. (Infraraudonųjų spindulių šviesa, kurią mes suvokiame kaip šilumą, yra šviesa, kurios bangų ilgis yra ilgesnis ir mažiau energijos nei matomos šviesos.)
Žvaigždės su dulkėtais diskais IR yra ryškesnės nei žvaigždės be diskų. Kuo daugiau dulkių sulaiko žvaigždžių sistema, tuo ryškesnė ji yra IR. Kenyonas ir Bromley parodė, kad astronomai gali naudoti IR ryškumą ne tik diskui aptikti, bet ir pasakyti, kada tame diske formuojasi Žemės dydžio planeta.
„Mes pirmieji, kurie apskaičiavo numatomą dulkių susidarymo lygį ir su tuo susijusius infraraudonųjų spindulių perteklių, ir pirmieji, kurie parodė, kad formuojant sausumos planetas susidaro pastebimas dulkių kiekis“, - sako Bromley.
Planetų statyba iš žemės į viršų
Labiausiai paplitusi planetų susidarymo teorija reikalauja, kad planetos būtų pastatytos „nuo pat žemės paviršiaus“. Remiantis krešėjimo teorija, nedideli akmeninės medžiagos gabaliukai protoplanetiniame diske susiduria ir prilimpa. Per tūkstančius metų maži gumulėliai išauga į didesnius ir didesnius gumulėlius, pavyzdžiui, statant sniego senį viena sauja sniego vienu metu. Galų gale akmeniniai gumulėliai išauga tokie dideli, kad tampa pilnaverčiomis planetomis.
Kenyonas ir Bromley modeliuoja planetos formavimosi procesą naudodamiesi sudėtinga kompiuterine programa. Jie „pasodina“ protoplanetinį diską, kurio dydis yra milijardas plokštumų, kurių dydis yra 0,6 mylios (1 kilometras) ir kurie visi skrieja aplink centrinę žvaigždę, ir laiku pakelia sistemą į priekį, kad pamatytų, kaip planetos vystosi iš tų pagrindinių ingredientų.
„Mes modeliavome kaip įmanoma realistiškiau ir vis tiek atlikome skaičiavimus per pagrįstą laiką“, - sako Bromley.
Jie nustatė, kad planetos formavimo procesas yra nepaprastai efektyvus. Iš pradžių susidūrimai tarp plokštuminių modelių vyksta nedideliu greičiu, todėl susiduriantys objektai linkę susilieti ir augti. Esant tipiškam Žemės ir Saulės atstumui, reikia tik apie 1000 metų, kad 1 kilometro objektai išaugtų į 100 kilometrų (60 mylių) objektus. Dar 10 000 metų pagaminama 600 mylių skersmens protoplaneta, kuri per papildomą 10 000 metų išauga ir tampa 1200 mylių skersmens protoplaneta. Taigi Mėnulio dydžio objektai gali susiformuoti vos per 20 000 metų.
Kai plokštuminiai dydžiai diske auga ir tampa masyvesni, jų gravitacija auga. Kai tik keli objektai pasiekia 600 mylių dydį, jie pradeda „maišyti“ likusius mažesnius objektus. Gravitacija pakelia mažesnius asteroido dydžio uolienos gabalus į didesnį ir didesnį greitį. Jie keliauja taip greitai, kad, susidūrę, nesusilieja - pulverizuojasi, žiauriai sutriuškindami vienas kitą. Nors didžiausi protoplanetai ir toliau auga, likusieji uolėti plokštuminiai modeliai sumalia vienas kitą į dulkes.
„Dulkės susidaro ten, kur formuojasi planeta, tuo pačiu atstumu nuo žvaigždės“, - sako Kenyonas. Dėl to dulkių temperatūra rodo, kur formuojasi planeta. Dulkės į Venerą panašioje orbitoje bus karštesnės nei dulkės į Žemę panašioje orbitoje, ir tai paaiškins kūdikio planetos atstumą nuo žvaigždės.
Dulkių susidarymo greitį lemia didžiausių disko objektų dydis. Dulkių viršūnių kiekis, kai susidaro 600 mylių protoplaneta.
„Spitzerio kosminis teleskopas turėtų sugebėti aptikti tokias dulkių viršūnes“, - sako Bromley.
Šiuo metu Keniono ir Bromley sausumos planetos formavimo modelis apima tik dalį Saulės sistemos - nuo Veneros orbitos iki maždaug pusės kelio tarp Žemės ir Marso. Ateityje jie planuoja išplėsti modelio aprėptį orbitose, esančiose arti Saulės kaip Merkurijus ir kuo tolimesnėse kaip Marsas.
Jie taip pat modeliavo Kuiperio juostos formavimąsi - mažų, apledėjusių ir akmenuotų objektų regioną už Neptūno orbitos. Kitas logiškas žingsnis yra modeliuoti dujų milžinų, tokių kaip Jupiteris ir Saturnas, formavimąsi.
„Mes pradedame nuo saulės sistemos kraštų ir dirbame į vidų“, - šypsodamasis sako Kenyonas. „Mes taip pat ruošiamės išeiti aukštyn. Žemė yra 1000 kartų masyvesnė už Kuiperio juostos objektą, o Jupiteris - 1000 kartų masyvesnė už Žemę. “
„Mūsų pagrindinis tikslas yra modeliuoti ir suprasti mūsų visos saulės sistemos formavimąsi.“ Kenjonas apskaičiavo, kad jų tikslas pasiekiamas per dešimtmetį, nes kompiuterio greitis ir toliau didėja, o tai leidžia modeliuoti visą saulės sistemą.
Šis tyrimas buvo paskelbtas 2004 m. Vasario 20 d. Leidinyje „Astrophysical Journal Letters“. Papildomos informacijos ir animacijos galima rasti internete adresu http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centras, kurio būstinė yra Kembridže, Masačusetsas, yra bendras Smitsono astrofizikos observatorijos ir Harvardo koledžo observatorijos bendradarbiavimas. CfA mokslininkai, suskirstyti į šešis tyrimų skyrius, tiria Visatos kilmę, evoliuciją ir galutinį likimą.
Originalus šaltinis: CfA naujienų leidinys
