Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Nulstilling af baby exoplaneter kunne afsløre, hvordan de dannes

Den måde, en ung exoplanet interagerer med sin stjernes skive af støv og gas, bestemmer den type exoplanet, der i sidste ende vil dannes. Kredit:NASA/JPL-Caltech/D. Bær

For 24 år siden, De schweiziske astronomer Michel Mayor og Didier Queloz opdagede den første planet, der kredsede om en sollignende stjerne uden for vores solsystem - en milepæl anerkendt af dette års Nobelpris i fysik. I dag kender vi til tusindvis flere 'exoplaneter, " og forskere forsøger nu at forstå, hvornår og hvordan de dannes.

De kendte exoplaneter er bestemt en eklektisk flok. De varierer i størrelse fra små klippeplaneter, som Jorden, til gasgiganter, der er mange gange større end Jupiter.

Nogle har bugtende baner, hvorimod andre ikke kredser om én stjerne, men to. Nogle har den beskedne masse og temperaturer, der anses for nødvendige for at understøtte livet, mens nogle er helvedes bolde af varme og knusende tyngdekraft. Nogle exoplaneter ser ud til at kredse om deres stjerner alene, mens andre kredser sammen med flere andre planeter, som Jorden i vores solsystem.

Langt de fleste af dem, vi har opdaget indtil videre, imidlertid, er planeter på størrelse med Jorden til Jupiter, der kredser meget tæt på deres værtsstjerner - ofte tættere på end Merkur kredser om solen. Astronomer forsøger at forstå, hvordan disse tæt-kredsende planeter opstod ved at studere eksempler i forskellige – helst tidlige – dannelsesstadier.

Men unge, svage exoplaneter er svære at skelne midt i skæret fra en meget aktiv moderstjerne. Som en gruppe ledet af Dr. Jerome Bouvier ved Grenoble Institut for Planetologi og Astrofysik i Frankrig spørger på sin hjemmeside:"Har du nogensinde prøvet at lytte til Sibelius ved siden af ​​en hammer?"

At se igennem støjen, Dr. Bouvier og hans kolleger bruger nogle af verdens mest kraftfulde teleskopsystemer, såsom European Southern Observatory's Very Large Telescope Interferometer på Paranal-bjerget i Chile. I mellemtiden computersimuleringer af, hvordan en ung planet forstyrrer skiven af ​​gas og støv, der omgiver dens begyndende stjerne, vil hjælpe dem med at finde ud af, hvordan man kan se unge exoplaneter i det virkelige rum.

Tæt-kredsende

Forskerne håber, at deres projekt, SPIDI, vil føre til opdagelsen af ​​tæt kredsende exoplaneter, mens de dannes, når de er omkring en million år gamle. "En million år - det svarer til omkring to dage på omfanget af et menneskeligt liv, " sagde Dr. Bouvier.

Halvandet år i, projektet er stadig for nyt til at have givet resultater. Men ved at måle egenskaberne for tæt-kredsende exoplaneter i deres babyfaser, forskerne sigter efter at forstå, hvordan de er født.

Projektet vil sandsynligvis ikke kaste lys over dannelsen af ​​exoplaneter med andre typer kredsløb, imidlertid. Og typen af ​​kredsløb er vigtig, fordi det bestemmer forholdene på en exoplanets overflade – og potentielt om den er beboelig.

Hver type exoplanet og exoplanetbane kunne studeres individuelt. Men professor Richard Alexander fra University of Leicester i Storbritannien mener, at ved at studere forskellige typer exoplaneter, der kredser om forskellige stjerner, er der mindre chance for at gå glip af vigtige processer, der er med til at udgøre det store billede af planetarisk dannelse.

"For at bruge en meget dårlig analogi:hvis du kun kunne se én del af en elefant - dens snabel, sige - du ville ende med en helt anden forståelse af elefanter end en, der kun kunne se dens tæer, " sagde han. "Ved at se på forskellige typer (exoplanet) systemer, vi gør vores bedste for at træde et skridt tilbage og se på hele "planet-formationelefanten, "I stedet for kun en del af det."

Den måde, en ung exoplanet interagerer med sin stjernes skive af støv og gas, bestemmer den type exoplanet, der i sidste ende vil dannes. Kredit:NASA/JPL-Caltech/D. Bær

Stjernens skive

På en eller anden måde, måden, som en ung exoplanet interagerer med sin stjernes skive af støv og gas, bestemmer den type exoplanet, der i sidste ende vil dannes. Prof. Alexanders projekt, byggeplaner, involverer udvikling af computersimuleringer, der forudsiger effekten af ​​forskellige dannelsesprocesser.

Disse simuleringer kan testes mod observationer for at se, om de processer, de beskriver, er nøjagtige.

Tilgangen giver pote. I en nylig undersøgelse, ledet af prof. Alexanders kollega Dr. Dipierro ved University of Leicester, Storbritannien, computersimuleringerne antydede, at en ring observeret i skiven af ​​en stjerne kaldet Elias 24 er den vej, der er ryddet af en kredsløb, endnu uidentificeret, gasgigantisk planet.

For virkelig at lære noget nyt om planetarisk dannelse, imidlertid, forskerne vil forudsige noget, der endnu ikke er blevet observeret. "Så kan vi bruge nye observationer til at teste fysikken direkte, og maksimere den forståelse, vi opnår fra al denne nye viden, " sagde prof. Alexander.

Astrofysikere ved, at i begyndelsen, planeter dannes, når støv og gas ophobes under tyngdekraften. Men denne tidligste fase af planetdannelsen er særlig svær at studere.

Problemet er, at støvet og gassen omkring unge stjerner hver især udvikler sig på meget komplekse måder, og at studere, hvordan de danner planeter sammen, kræver en masse ekspertise og computerkraft. Traditionelt, derfor, støv og gas er blevet simuleret som separate processer.

Knyttet

Men som Dr. Mario Flock fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland, påpeger, de to processer kan ikke virkelig adskilles. For eksempel, tilstedeværelsen af ​​støv kan reducere turbulens i gassen, mens gassens turbulens påvirker størrelsen og fragmenteringen af ​​støvkornene.

I et projekt kaldet UFOS, Dr. Flock og kolleger begynder at forene gas- og støvsimuleringer for første gang, at præcist beskrive nogle af de tidligste stadier af planetarisk dannelse. Deres håb er at forklare nogle af de træk, der ses i meget unge stjerneskiver – spiraler og ringe – som fodsporene af embryonale støvkorn, der klumper sig sammen.

Den største udfordring her, siger Dr. Flock, er at finde de rigtige skalaer af tid og rum, som gas og støv interagerer med størst indflydelse på. "Det kræver stor ekspertise inden for magneto-hydrodynamik, støvkoagulering, numeriske værktøjer og højtydende databehandling.

"Hvis det lykkes os at forbinde steder med kornvækst og planetdannelse med nuværende observationer - det ville være det højeste mål, " fortsatte han. "Det ville hjælpe os til at forstå, hvad der i øjeblikket sker i systemer, vi observerer nu."


Varme artikler