Το πώς δημιουργήθηκαν οι πλανήτες ήταν ανέκαθεν ένα από τα πιο βασικά ερωτήματα της αστρονομικής κοινότητας. Η διεθνής ομάδα αστρονόμων υπό την ηγεσία του Richard Teague, Καθηγητή του Τμήματος Γεωεπιστημών, Ατμοσφαιρικών και Πλανητικών Επιστημών (EAPS), συγκέντρωσε τις πιο ευαίσθητες και λεπτομερείς παρατηρήσεις σε 15 προπλανητικούς δίσκους μέχρι σήμερα, προσφέροντας στη αστρονομική κοινότητα μια νέα κατανόηση για τους μηχανισμούς πλανητικού σχηματισμού.
«Οι νέες μεθόδοι που αναπτύξαμε για τη συλλογή αυτών των δεδομένων και εικόνων είναι σαν να αλλάζεις από γυαλιά ανάγνωσης σε ισχυρά κιάλια – αποκαλύπτουν ένα εντελώς νέο επίπεδο λεπτομέρειας σε αυτά τα συστήματα σχηματισμού πλανητών», λέει ο Teague.
Πώς δημιουργήθηκαν οι πλανήτες: Δημοσίευση αποτελεσμάτων και νέες μετρήσεις
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν ανοικτά σε ειδική συλλογή 17 άρθρων στο Astrophysical Journal Letters, με αρκετές επιπλέον μελέτες να αναμένονται μέσα στο καλοκαίρι.
Η έκθεση ρίχνει φως σε ποικιλία ερωτημάτων, όπως τον τρόπο υπολογισμού της μάζας ενός δίσκου μέσω της βαρυτικής του επίδρασης, καθώς και την εξαγωγή προφίλ περιστροφικής ταχύτητας με ακρίβεια της τάξης των μέτρων ανά δευτερόλεπτο.
Από τη σκόνη στο αέριο: Νέα εστίαση στην ανάλυση
Οι προπλανητικοί δίσκοι είναι συσσωρεύσεις σκόνης και αερίου γύρω από νεαρά άστρα, από τους οποίους σχηματίζονται οι πλανήτες. Η παρατήρηση της σκόνης είναι ευκολότερη λόγω της φωτεινότητάς της, αλλά τα δεδομένα που προκύπτουν παρέχουν μόνο ένα στιγμιότυπο της κατάστασης. Η έρευνα του Teague μετατόπισε το ενδιαφέρον στο αέριο των συστημάτων αυτών, καθώς μπορεί να μας αποκαλύψει περισσότερα για τη δυναμική του δίσκου, όπως τη βαρύτητα, την ταχύτητα και τη μάζα.
Πρωτοποριακή ανάλυση μέσω ALMA
Για να επιτευχθεί η απαραίτητη ανάλυση στη μελέτη του αερίου, το πρόγραμμα exoALMA διήρκεσε πέντε χρόνια, εξασφαλίζοντας μεγαλύτερα χρονικά παράθυρα παρατήρησης στο τηλεσκόπιο ALMA στη Χιλή.
Έτσι, η διεθνής ομάδα – πολλοί από τους οποίους είναι νέοι επιστήμονες – κατάφερε να συλλέξει μερικές από τις πιο λεπτομερείς εικόνες που έχουν τραβηχτεί ποτέ από προπλανητικούς δίσκους.
«Το εντυπωσιακό στα δεδομένα είναι η ποιότητά τους· η κοινότητα αναπτύσσει νέα εργαλεία για την εξαγωγή υπογραφών από πλανήτες», λέει ο Marcelo Barraza-Alfaro, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Planet Formation Lab και μέλος του exoALMA. Αναπτύχθηκαν αρκετές νέες τεχνικές για τη βελτίωση και βαθμονόμηση των εικόνων ώστε να αξιοποιηθεί στο έπακρο η υψηλή ανάλυση και ευαισθησία.
Νέες ανακαλύψεις ανατρέπουν παλιές θεωρίες
Ως αποτέλεσμα, «βλέπουμε νέα πράγματα που απαιτούν να τροποποιήσουμε την κατανόησή μας για το τι συμβαίνει στους προπλανητικούς δίσκους», λέει ο Barraza-Alfaro.
Ένα από τα άρθρα με τη μεγαλύτερη επιρροή από το EAPS εξετάζει το σχηματισμό πλανητών μέσω δινών. Είναι γνωστό εδώ και καιρό πως το απλό μοντέλο στο οποίο οι κόκκοι σκόνης ενώνονται και «γίνονται παγωμένες μπάλες» μέχρι να σχηματίσουν έναν πλανητικό πυρήνα δεν αρκεί.
Ένας πιθανός μηχανισμός υποστήριξης είναι οι δίνες – τοπικές διαταραχές στο αέριο που τραβούν σκόνη προς το κέντρο. Εκεί είναι πιο πιθανό να συγκεντρωθεί, όπως οι σαπουνόφουσκες σε μια λεκάνη.
«Μπορούμε να δούμε τη συγκέντρωση της σκόνης σε διάφορες περιοχές, αλλά δεν μπορούμε να δούμε πώς κινείται», λέει η Lisa Wölfer, επίσης μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Planet Formation Lab του MIT και πρώτη συγγραφέας της μελέτης. Αν και οι αστρονόμοι βλέπουν πως η σκόνη έχει συγκεντρωθεί, δεν υπάρχουν επαρκή στοιχεία για το πώς έφτασε εκεί.
«Μόνο μέσω της δυναμικής του αερίου μπορούμε πραγματικά να επιβεβαιώσουμε ότι πρόκειται για δίνη και όχι για κάτι άλλο που δημιουργεί τη δομή», προσθέτει.
Επαναξιολόγηση μοντέλων και μελλοντικά σχέδια
Κατά την περίοδο συλλογής των δεδομένων, οι Teague, Wölfer και Barraza-Alfaro ανέπτυξαν απλά μοντέλα προπλανητικών δίσκων για να τα συγκρίνουν με τις παρατηρήσεις τους. Όταν όμως παρέλαβαν τα δεδομένα, τα μοντέλα δεν μπορούσαν να εξηγήσουν τα φαινόμενα που παρατηρούσαν.
«Είδαμε τα δεδομένα και τίποτα δεν ταίριαζε πια. Ήταν πολύ περίπλοκα», λέει ο Teague. «Πριν, όλοι νόμιζαν ότι δεν ήταν δυναμικά. Αυτό είναι εντελώς λάθος».
Η ομάδα αναγκάστηκε να επαναξιολογήσει τα μοντέλα και να χρησιμοποιήσει πιο σύνθετα, που ενσωματώνουν περισσότερη κίνηση του αερίου, απαιτώντας περισσότερους πόρους και χρόνο για την ανάλυση. Όμως τα πρώτα αποτελέσματα φαίνονται ενθαρρυντικά.
«Βλέπουμε ότι τα πρότυπα μοιάζουν πολύ· πιστεύουμε ότι αυτό είναι το καλύτερο παράδειγμα για περαιτέρω μελέτη με περισσότερες παρατηρήσεις», λέει η Wölfer.
Μελλοντική αξιοποίηση και αναβαθμίσεις ALMA
Τα νέα δεδομένα, που έχουν ήδη δημοσιοποιηθεί, έρχονται σε μια κατάλληλη χρονική στιγμή: το ALMA πρόκειται να σταματήσει τη λειτουργία του για κάποιο διάστημα τα επόμενα χρόνια προκειμένου να υποβληθεί σε αναβαθμίσεις. Στο μεταξύ, οι αστρονόμοι μπορούν να συνεχίσουν τη γιγαντιαία διαδικασία επεξεργασίας των δεδομένων.
«Θα συνεχίσει να προσφέρει αποτελέσματα για πολλά χρόνια ακόμη», λέει ο Teague.
