Кредитна слика: НАСА
Да су ванземаљски астрономи око удаљене звезде проучавали младо Сунце пре четири и по милијарде година, да ли би могли видети знакове новоформиране Земље како кружи око ове безопасне жуте звезде? Одговор је "да", како тврде Сцотт Кенион (Смитхсониан Астропхисицал Обсерватори) и Бењамин Бромлеи (Универзитет у Јути). Штавише, њихов компјутерски модел каже да можемо користити исте знакове за проналажење места на којима планете величине Земље тренутно формирају - младе светове који једног дана могу угостити свој живот.
Кључ за проналажење новорођених Земљи, рецимо Кенион и Бромлеи, је у томе да не тражимо саму планету, већ прстен прашине који кружи око звезде који је отисак земаљске (камене) планете.
„Велике су шансе, ако постоји прстен прашине, постоји планета“, каже Кенион.
Добре планете је тешко пронаћи
Наш соларни систем формиран је од вртлог диска гаса и прашине, који се назива протопланетарни диск, који орбитира око младог Сунца. Исти материјали се налазе широм наше галаксије, па закони физике предвиђају да ће и други звездани системи формирати планете на сличан начин.
Иако су планете можда уобичајене, тешко их је открити јер су превише слабе и налазе се преблизу много светлијој звезди. Стога астрономи траже планете тражећи индиректне доказе свог постојања. У младим планетарним системима, ти докази могу бити присутни на самом диску и како планета утиче на прашњави диск из кога се формира.
Велике планете величине Јупитера поседују снажну гравитацију. Та гравитација снажно утиче на прашњави диск. Један Јупитер може очистити размак у облику прстена на диску, превртати диск или створити концентроване прашине које остављају диск на диску као да се пробуди из чамца. Присуство дивовске планете може да објасни будни образац који се види на диску око 350 милиона година старе Веге.
С друге стране мали светови величине Земље имају слабију гравитацију. Они утичу на диск слабије, остављајући суптилније знакове свог присуства. Уместо да траже основе или будности, Кејон и Бромли препоручују да погледају како је сјајан звездани систем на инфрацрвеним (ИЦ) таласним дужинама светлости. (Инфрацрвена светлост, коју ми доживљавамо као топлота, је светлост дужих таласних дужина и мање енергије од видљиве светлости.)
Звезде са прашњавим дисковима су светлије у ИР-у него звезде без дискова. Што више прашине држи звездани систем, он је светлији у ИР-у. Кенион и Бромлеи су показали да астрономи могу да користе ИР светлине не само да открију диск, већ и да открију када се планета величине Земље формира унутар тог диска.
„Били смо први који су израчунали очекивани ниво стварања прашине и придружених вишкова инфрацрвеног зрачења, и први који су показали да земаљске формације планета производе видљиве количине прашине“, каже Бромлеи.
Изградња планета из темеља
Најзаступљенија теорија формирања планета позива на изградњу планета „од темеља“. Према теорији коагулације, мали комади каменитог материјала у протопланетарном диску сударају се и лепе заједно. Током хиљада година, мали гроздови прерастају у све веће и веће, као што граде снежне човеке по једну шаку снега. На крају, стјеновите груде нарасту толико велико да постају пуноправне планете.
Кенион и Бромлеи моделирају процес формирања планета користећи сложени рачунарски програм. Они „семењују“ протопланетарни диск са милијарду планетесималима величине 0,6 миље (1 километар), који круже по орбити око централне звезде, и крећу систем напред на време да виде како се планете развијају из тих основних састојака.
„Ми смо симулацију учинили што реалнијом и још увек смо завршили прорачуне у разумном року“, каже Бромлеи.
Открили су да је процес формирања планете изузетно ефикасан. У почетку се судари између планетесимала догађају малим брзинама, тако да се сударачки објекти теже спајању и расту. На типичној удаљености Земља-Сунце, потребно је само око 1000 година да би предмети од једног километра прерасли у објекте дужине 60 километара. Још 10.000 година производи протопланете пречника 600 миља, који расту током додатних 10.000 година да постану протопланете пречника 1200 миља. Дакле, предмети величине Луне могу се формирати за само 20.000 година.
Како се планетесималс унутар диска повећавају и масивнији, тако и њихова гравитација постаје јача. Једном када неки од објеката досегну величину од 600 миља, почињу да „мешају“ преостале мање предмете. Гравитациони прагови приказују мање комаде стена величине астероида на веће и веће брзине. Они путују тако брзо да се приликом судара не спајају - распршују и насилно се разбијају. Док највећи протопланети и даље расту, остатак стеновитих планетесимала међусобно се меље у прах.
„Прашина се формира тамо где се планета формира, на истој удаљености од своје звезде“, каже Кенион. Као резултат тога, температура прашине указује на то где се планета формира. Прашина у орбити попут Венере биће врућа од прашине у земљиној орбити, дајући траг удаљености одојчади од планете.
Величина највећих објеката на диску одређује брзину стварања прашине. Количина прашине досегне максимум када су се формирале протопланете дужине 600 километара.
„Свемирски телескоп Спитзер требао би бити у стању да детектује такве врхове прашине“, каже Бромлеи.
Тренутно Кенијев и Бромлијев модел земаљског формирања планета покрива само делић Сунчевог система, од орбите Венере до растојања око пола пута између Земље и Марса. У будућности, они планирају проширити модел тако да обухватају орбите што ближе Сунцу колико и Меркур и тако удаљене као Марс.
Они су такође моделирали формирање појаса Куипер - региона малих, ледених и стеновитих објеката изван орбите Нептуна. Следећи логички корак је моделирање формирања гасних дивова попут Јупитера и Сатурна.
"Почињемо од ивица Сунчевог система и радимо према унутра", каже Кенион са осмехом. „Ми такође радимо на масовном нивоу. Земља је 1000 пута масивнија од објекта Куиперовог појаса, а Јупитер је 1000 пута масивнији од Земље. "
„Наш крајњи циљ је да моделирамо и разумемо формирање целог нашег соларног система.“ Кенион оцјењује да је њихов циљ достижан у року од једне деценије, јер брзина рачунара и даље расте, омогућавајући симулацију читавог Сунчевог система.
Ово истраживање објављено је 20. фебруара 2004. године, у броју часописа Астрофизички часопис. Додатне информације и анимације доступне су на мрежи на адреси хттп://цфа-ввв.харвард.еду/~кенион/.
Са седиштем у Цамбридгеу, Массацхусеттс, Харвард-Смитхсониан Центар за астрофизику је заједничка сарадња Смитхсониан Астропхисицал Обсерватори и Харвард Цоллеге Обсерватори. Научници ЦфА, организовани у шест истраживачких одељења, проучавају порекло, еволуцију и коначну судбину универзума.
Изворни извор: ЦфА Невс Релеасе
