Αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι ο σχηματισμός των πλανητών στο νεαρό Ηλιακό μας Σύστημα ξεκίνησε πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε, με τα δομικά στοιχεία των πλανητών να αναπτύσσονται ταυτόχρονα με το μητρικό τους αστέρι.
Μια μελέτη, σχετικά με κάποια από τα παλαιότερα αστέρια στο Σύμπαν, δείχνει ότι τα δομικά στοιχεία πλανητών όπως ο Δίας και ο Κρόνος αρχίζουν να σχηματίζονται ενόσω αναπτύσσεται το νεαρό τους αστέρι. Οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι οι πλανήτες σχηματίζονται αφού το μητρικό αστέρι φτάσει στο τελικό του μέγεθος, όμως τα νέα αποτελέσματα που δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό “Nature Astronomy” δείχνουν ότι τα αστέρια και οι πλανήτες “μεγαλώνουν” μαζί.
Η έρευνα, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Cambridge, έρχεται να αλλάξει την κατανόησή μας για το πώς σχηματίστηκαν τα πλανητικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένου του δικού μας Ηλιακού Συστήματος, λύνοντας ενδεχομένως ένα σημαντικό παζλ της αστρονομίας.
«Έχουμε μια πολύ καλή ιδέα για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες, αλλά ένα σημαντικό ερώτημα που μας αποσχολούσε είναι το πότε σχηματίζονται: ο σχηματισμός των πλανητών ξεκινά από νωρίς -όταν το μητρικό αστέρι αναπτύσσεται ακόμα- ή ξεκινά εκατομμύρια χρόνια αργότερα;» εξηγεί η Dr Amy Bonsor από το “Cambridge’s Institute of Astronomy” και πρώτη συγγραφέας της μελέτης.
Για να βρουν την απάντηση, η Bonsor και οι συνεργάτες της μελέτησαν τις ατμόσφαιρες των λευκών νάνων (αρχαία, αμυδρά υπολείμματα άστρων όπως ο Ήλιος μας) ώστε να εξετάσουν τα δομικά στοιχεία του σχηματισμού των πλανητών. Στη μελέτη συμμετείχαν επίσης ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, το “Ludwig-Maximilians-Universität”, το Πανεπιστήμιο του Groningen και το “Max Planck Institute for Solar System Research”.
«Κάποιοι από τους λευκούς νάνους είναι καταπληκτικά εργαστήρια, καθώς οι λεπτές ατμόσφαιρές τους αποτελούν ένα είδος ουράνιου νεκροταφείου», δηλώνει η Bonsor.
Τα τηλεσκόπιά μας δεν μπορούν να κοιτάξουν μέσα στο εσωτερικό των πλανητών. Μια ειδική κατηγορία λευκών νάνων, όμως -γνωστοί ως “μολυσμένα” συστήματα- διαθέτουν βαριά στοιχεία όπως μαγνήσιο, σίδηρο και ασβέστιο στις -συνήθως καθαρές- ατμόσφαιρές τους.
Τα στοιχεία αυτά πρέπει να προέρχονται από μικρά σώματα, όπως οι αστεροειδείς -τα απομεινάρια του σχηματισμού των πλανητών- οι οποίοι έπεσαν πάνω στους λευκούς νάνους και κάηκαν στην ατμόσφαιρά τους. Έτσι, εκτελώντας φασματοσκοπικές παρατηρήσεις “μολυσμένων” λευκών νάνων στην ουσία κοιτάμε το εσωτερικό αυτών των εξαχνωμένων αστεροειδών, παίρνοντας πληροφορίς για τις συνθήκες, κάτω από τις οποίες αυτοί σχηματίστηκαν.
Ο σχηματισμός των πλανητών πιστεύεται ότι ξεκινά σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο -που αποτελείται κυρίως από υδρογόνο, ήλιο και μικροσκοπικά σωματίδια πάγου και σκόνης- ο οποίος περιστρέφεται γύρω από το νεαρό αστέρι. Σύμφωνα με την τρέχουσα επικρατούσα θεωρία για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες, τα σωματίδια της σκόνης ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας όλο και μεγαλύτερα στερεά σώματα. Κάποια από αυτά τα σώματα -τα μεγαλύτερα- συνεχίζουν να να συσσωρεύουν υλικό και γίνονται πλανήτες, ενώ άλλα παραμένουν μικρά· μένουν δηλαδή αστεροειδείς, όπως αυτοί -της συγκεκριμένης μελέτης- που συνετρίβησαν επάνω στους λευκούς νάνους.
Οι ερευνητές ανέλυσαν φασματοσκοπικές παρατηρήσεις από τις ατμόσφαιρες 200 “μολυσμένων” λευκών νάνων από κοντινούς γαλαξίες. Σύμφωνα με την ανάλυσή τους, η μόνη δυνατή ερμηνεία για την αναλογία των στοιχείων που παρατηρείται στις ατμόσφαιρες αυτών των λευκών νάνων είναι ότι πολλοί από τους αρχικούς αστεροειδείς έλιωσαν κάποτε μέσα σε αυτές, γεγονός που προκάλεσε την βύθιση του σίδηρου στον πυρήνα, αφήνοντας τα ελαφρύτερα στοιχεία να επιπλέουν στην επιφάνεια. Σε αυτή τη διαδικασία, που είναι γνωστή ως διαφοροποίηση (differentiation), οφείλεται το ότι η Γη διαθέτει έναν πυρήνα πλούσιο σε σίδηρο.
«Η τήξη μπορεί να αποδοθεί μόνο στα ιδιαιτέρως βραχύβια ραδιενεργά στοιχεία που υπήρχαν κατά τα πρώτα στάδια του πλανητικού συστήματος, τα οποία όμως στη συνέχεια διασπάστηκαν μέσα σε ένα μόλις εκατομμύριο χρόνια», λέει η Bonsor. «Με άλλα λόγια, εάν αυτό που έλιωσε τους αστεροειδείς είναι κάτι που υφίσταται μόνο για ένα πολύ σύντομο χρονικό διάστημα στην αυγή του πλανητικού συστήματος, τότε η διαδικασία σχηματισμού των πλανητών πρέπει να ξεκινά από πολύ νωρίς».
Τα αποτελέσματα της μελέτης υποστηρίζουν αυτή την εικόνα του πρώιμου σχηματισμού, κάτι που σημαίνει ότι ο Δίας και ο Κρόνος είχαν άφθονο χρόνο για να αναπτυχθούν στα μεγέθη που έχουν σήμερα.
«Η μελέτη μας ενισχύει την αυξανόμενη συμφωνία των επιστημόνων επάνω στο ότι ο σχηματισμός πλανητών ξεκινά από νωρίς, με τα πρώτα σώματα να σχηματίζονται ταυτόχρονα με τον αστέρα», δηλώνει η Bonsor. «Οι αναλύσεις των “μολυσμένων” λευκών νάνων μας λένε ότι αυτή η ραδιενεργή διαδικασία τήξης, δυνητικά αποτελεί έναν πανταχού παρόντα μηχανισμό που επηρεάζει το σχηματισμό όλων των εξωηλιακών πλανητών.»
«Αυτή είναι μόνο η αρχή· κάθε φορά που θα βρίσκουμε έναν νέο λευκό νάνο, θα συγκεντρώνουμε περισσότερα στοιχεία και θα μαθαίνουμε περισσότερα για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες. Μπορούμε να εντοπίσουμε στοιχεία όπως το νικέλιο και το χρώμιο και να υπολογίσουμε το πόσο μεγάλος ήταν ένας αστεροειδής όταν σχημάτιζε τον σιδερένιο πυρήνα του. Είναι εκπληκτικό το ότι είμαστε σε θέση να διερευνήσουμε διαδικασίες όπως αυτή σε συστήματα εξωπλανητών.»
Παραπομπές: Amy Bonsor et al. ‘Rapid formation of exoplanetesimals revealed by white dwarfs.’ Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01815-8
Πηγή: https://www.cam.ac.uk/
