Oort-skyer omkring andre stjerner bør være synlige i den kosmiske mikrobølgebaggrund

I årtier, videnskabsmænd har teoretiseret, at ud over kanten af ​​solsystemet, i en afstand på op til 50, 000 AU (0,79 ly) fra solen, der ligger en massiv sky af iskolde planetesimaler kendt som Oort-skyen. Opkaldt til ære for den hollandske astronom Jan Oort, denne sky menes at være der, hvor langtidskometer stammer fra. Imidlertid, til dato, ingen direkte beviser er blevet fremlagt for at bekræfte Oort-skyens eksistens.

Dette skyldes det faktum, at Oort-skyen er meget svær at observere, temmelig langt fra solen og spredt over et meget stort område af rummet. Imidlertid, i en nylig undersøgelse, et hold astrofysikere fra University of Pennsylvania foreslog en radikal idé. Ved at bruge kort over Cosmic Microwave Background (CMB) skabt af Planck-missionen og andre teleskoper, de mener, at Oort-skyer omkring andre stjerner kan detekteres.

Undersøgelsen – "Undersøge Oort-skyer omkring Mælkevejens stjerner med CMB-undersøgelser", som for nylig dukkede op online - blev ledet af Eric J Baxter, en ph.d. studerende fra Institut for Fysik og Astronomi ved University of Pennsylvania. Han fik selskab af Pennsylvania-professorerne Cullen H. Blake og Bhuvnesh Jain (Baxters primære mentor).

For at opsummere, Oort-skyen er et hypotetisk område af rummet, der menes at strække sig fra mellem 2, 000 og 5, 000 AU (0,03 og 0,08 ly) til så langt som 50, 000 AU (0,79 ly) fra solen - selvom nogle skøn indikerer, at den kan nå så langt som 100, 000 til 200, 000 AU (1,58 og 3,16 ly). Ligesom Kuiperbæltet og den spredte skive, Oort-skyen er et reservoir af trans-neptunske objekter, selvom det er mere end tusind gange længere væk fra vores sol som disse to andre.

Denne sky menes at stamme fra en befolkning af små, iskolde legemer inden for 50 AU fra solen, der var til stede, da solsystemet stadig var ungt. Over tid, det er en teori om, at kredsløbsforstyrrelser forårsaget af de gigantiske planeter forårsagede, at de objekter, der havde meget stabile kredsløb, dannede Kuiperbæltet langs det ekliptiske plan, mens de, der havde mere excentriske og fjerne baner, dannede Oort-skyen.

Ifølge Baxter og hans kolleger, fordi eksistensen af ​​Oort-skyen spillede en vigtig rolle i dannelsen af ​​solsystemet, det er derfor logisk at antage, at andre stjernesystemer har deres egne Oort-skyer – som de omtaler som exo-Oort-skyer (EXOCs). Som Dr. Baxter forklarede til Universe Today via e-mail:

"En af de foreslåede mekanismer for dannelsen af ​​Oort-skyen omkring vores sol er, at nogle af objekterne i vores solsystems protoplanetariske skive blev slynget ud i meget store, elliptiske baner ved interaktioner med de gigantiske planeter. Disse objekters kredsløb blev derefter påvirket af nærliggende stjerner og galaktiske tidevand, får dem til at afvige fra baner begrænset til solsystemets plan, og at danne den nu sfæriske Oort-sky. Du kunne forestille dig, at en lignende proces kunne forekomme omkring en anden stjerne med gigantiske planeter, og vi ved, at der er mange stjerner derude, som har gigantiske planeter."

Som Baxter og hans kolleger antydede i deres undersøgelse, det er svært at opdage EXOC'er, stort set af de samme grunde til, hvorfor der ikke er direkte beviser for solsystemets egen Oort-sky. For en, der er ikke meget materiale i skyen, med skøn, der spænder fra nogle få til tyve gange Jordens masse. Sekund, disse genstande er meget langt væk fra vores sol, hvilket betyder, at de ikke reflekterer meget lys eller har stærke termiske emissioner.

Af denne grund, Baxter og hans team anbefalede at bruge kort over himlen i millimeter- og submillimeterbølgelængder til at søge efter tegn på Oort-skyer omkring andre stjerner. Sådanne kort findes allerede, takket være missioner som Planck-teleskopet, der har kortlagt Cosmic Microwave Background (CMB). Som Baxter indikerede:

"I vores avis, vi bruger kort over himlen ved 545 GHz og 857 GHz, der blev genereret fra observationer fra Planck-satellitten. Planck var stort set designet *kun* til at kortlægge CMB; det faktum, at vi kan bruge dette teleskop til at studere exo-Oort-skyer og potentielt processer forbundet med planetdannelse, er ret overraskende!"

Dette er en ret revolutionerende idé, da påvisningen af ​​EXOC'er ikke var en del af det tilsigtede formål med Planck-missionen. Ved at kortlægge CMB, som er "relikviestråling" tilbage fra Big Bang, astronomer har søgt at lære mere om, hvordan universet har udviklet sig siden det tidlige univers - ca. 378, 000 år efter Big Bang. Imidlertid, deres undersøgelse bygger på tidligere arbejde ledet af Alan Stern (hovedefterforskeren af ​​New Horizons-missionen).

I 1991, sammen med John Stocke (fra University of Colorado, Boulder) og Paul Weissmann (fra NASAs Jet Propulsion Laboratory), Stern gennemførte en undersøgelse med titlen "An IRAS search for extra-solar Oort clouds". I dette studie, de foreslog at bruge data fra den infrarøde astronomiske satellit (IRAS) med det formål at søge efter EXOC'er. Imidlertid, der henviser til, at denne undersøgelse fokuserede på visse bølgelængder og 17-stjernesystemer, Baxter og hans team stolede på data for titusindvis af systemer og på en bredere række af bølgelængder.

Andre nuværende og fremtidige teleskoper, som Baxter og hans team mener kunne være nyttige i denne henseende, inkluderer South Pole Telescope, beliggende ved Amundsen-Scott South Pole Station i Antarktis; Atacama Cosmology Telescope og Simons Observatory i Chile; det ballonbårne Large Aperture Submillimeter Telescope (BLAST) i Antarktis; Green Bank Telescope i West Virgina, og andre.

"Desuden, Gaia-satellitten har for nylig kortlagt meget nøjagtigt positioner og afstande af stjerner i vores galakse, " Baxter tilføjede. "Dette gør det relativt nemt at vælge mål for exo-Oort-skysøgninger. Vi brugte en kombination af Gaia- og Planck-data i vores analyse."

For at teste deres teori, Baxter og teamet konstruerede en række modeller til termisk emission af exo-Oort skyer. "Disse modeller antydede, at det var muligt at detektere exo-Oort-skyer omkring nærliggende stjerner (eller i det mindste sætte grænser for deres egenskaber) givet eksisterende teleskoper og observationer, sagde han. Især modellerne antydede, at data fra Planck-satellitten potentielt kunne komme tæt på at detektere en exo-Oort-sky som vores egen omkring en nærliggende stjerne."

Ud over, Baxter og hans team opdagede også en antydning af et signal omkring nogle af stjernerne, som de overvejede i deres undersøgelse - specifikt i Vega- og Formalhaut-systemerne. Ved at bruge disse data, de var i stand til at sætte begrænsninger på den mulige eksistens af EXOC'er i en afstand af 10, 000 til 100, 000 AU fra disse stjerner, which roughly coincides with the distance between our sun and the Oort Cloud.

Imidlertid, additional surveys will be needed before the existence any of EXOCs can be confirmed. These surveys will likely involve the James Webb Space Telescope, which is scheduled to launch in 2021. In the meantime, this study has some rather significant implications for astronomers, and not just because it involves the use of existing CMB maps for extra-solar studies. As Baxter put it:

"Just detecting an exo-Oort cloud would be really interesting, since as I mentioned above, we don't have any direct evidence for the existence of our own Oort cloud. If you did get a detection of an exo-Oort cloud, it could in principle provide insights into processes connected to planet formation and the evolution of protoplanetary disks. For eksempel, imagine that we only detected exo-Oort clouds around stars that have giant planets. That would provide pretty convincing evidence that the formation of an Oort cloud is connected to giant planets, as suggested by popular theories of the formation of our own Oort cloud."

As our knowledge of the universe expands, scientists become increasingly interested in what our solar system has in common with other star systems. Det her, på tur, helps us to learn more about the formation and evolution of our own system. It also provides possible hints as to how the universe changed over time, and maybe even where life could be found someday.