Άμεση απεικόνιση εξωπλανήτη. Rare image of Super-Jupiter sheds light on planet formation

Ο πλανήτης διακρίνεται ως κόκκινη κουκκίδα πάνω αριστερά. Η λάμψη του άστρου στο κέντρο έχει μπλοκαριστεί. False color, near infrared (wavelength 3.8 micrometers) image of the κ And ("Kappa Andromedae") system, generated from data collected in July 2012 with the Subaru Telescope in Hawai'i. Almost all of the light of the host star, on which the image is centered, has been removed through image processing; the host star is covered by the dark, software-generated disk in the center. The speckled pattern surrounding the software-generated mask at the center represents the residuals from the starlight subtraction. The Super-Jupiter κ And b is clearly visible to the upper left. It has a projected separation of 1.8 times the distance between Neptune and the Sun. Image credit: NAOJ / Subaru / J. Carson (College of Charleston) / T. Currie (University Toronto)

Από τους περίπου 850 εξωπλανήτες των οποίων η ύπαρξη έχει επιβεβαιωθεί μέχρι σήμερα, οι περισσότεροι έγιναν αντιληπτοί μόνο με έμμεσες μεθόδους. Τώρα, γερμανοί αστρονόμοι παρουσιάζουν μια από τις ελάχιστες πραγματικές εικόνες ενός τέτοιου κόσμου -δείχνει έναν γιγάντιο πλανήτη που περιφέρεται γύρω από ένα επίσης γιγάντιο άστρο σε απόσταση 170 ετών φωτός.

Άμεση απεικόνιση

Ο νέος εξωπλανήτης, ανακοίνωσε τη Δευτέρα το Ινστιτούτο Αστρονομίας Max Planck στη Χαϊδελβέργη, ήταν δυνατό να απεικονιστεί άμεσα κυρίως επειδή είναι πολύ νέος -το μητρικό του άστρο, το Κάππα της Ανδρομέδας, έχει ηλικία μόλις 30 εκατομμυρίων ετών, συγκριτικά με τα 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια ζωής του Ήλιου.

The Subaru Telescope (NAOJ) on Mauna Kea, Hawaii.

Το στοιχείο-κλειδί είναι ότι, σε αντίθεση με τη Γη, η οποία έχει πλέον κρυώσει μετά τον σχηματισμό της, ο νέος γιγάντιος πλανήτης παραμένει ζεστός και εκπέμπει θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία καταγράφηκε με το ιαπωνικό τηλεσκόπιο Subaru που λειτουργεί στη Χαβάη.

Εκτός από το μεγάλο μέγεθος και την υπέρυθρη ακτινοβολία του, ένας άλλος παράγοντας που διευκόλυνε τον εντοπισμό του πλανήτη είναι η μεγάλη απόσταση που τον χωρίζει από το μητρικό του άστρο -περίπου 8 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, ή 1,8 φορές η απόσταση του Ποσειδώνα από τον Ήλιο.

Με χρήση προηγμένου λογισμικού

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προηγμένο λογισμικό για να διακρίνουν το αμυδρό υπέρυθρο φως του πλανήτη μέσα στην εκτυφλωτική λάμψη του άστρου, το οποίο έχει μάζα 2,5 φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου και είναι το μεγαλύτερο άστρο γύρω από το οποίο έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα πλανήτες.

A raw image of the star GJ 758. The color scale from black over red to white simply represents brightness, not actual color (the image is taken in the infrared at a wavelength 1.6 micrometers, outside of the range visible to the human eye). The black spots in the center are areas that were too bright for the camera to measure (in technical terms, the these detector pixels are saturated). The white beams are diffraction artifacts caused by the so-called "spider", i.e. the support structure that fixes the telescope's secondary mirror in front of the primary mirror. (Image: MPIA/Subaru)

Περιγράφοντας την τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στην ανακάλυψη, ο δρ Κρίστιαν Τάλμαν, μέλος της ερευνητικής ομάδας, αναφέρει ότι το να προσπαθεί κανείς να εντοπίσει έναν πλανήτη μέσα στη λάμψη του μητρικού του άστρου είναι σαν να προσπαθεί να διακρίνει από απόσταση αρκετών χιλιομέτρων μια πυγολαμπίδα που πετά γύρω από έναν προβολέα των 300 Watt.

Αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που οι περισσότεροι γνωστοί εξωπλανήτες έχουν γίνει αντιληπτοί μόνο από τις επιδράσεις που έχουν στην κίνηση και την φωτεινότητα των μητρικών τους άστρων. Μέχρι σήμερα, μόνο 11 πλανητικά συστήματα έχουν παρατηρηθεί άμεσα.

Final output image from the ADI observations of GJ 758, revealing previously unknown high-contrast objects nearby. B hast been identified as a bound substellar companion, possibly a planet, whereas the status of C is currently still unconfirmed. The scale bars provide a size comparison with members of our Solar System. (Image: MPIA/Subaru, Thalmann et al. 2009 ApJ Letters)

Η τεχνολογία όμως προχωρά με γρήγορους ρυθμούς, και οι αστρονόμοι ελπίζουν ότι τα τηλεσκόπια του μέλλοντος όχι μόνο θα διακρίνουν άμεσα αυτούς τους ξένους κόσμους, αλλά θα μπορούν και να αναλύουν τη φασματική υπογραφή της ατμόσφαιράς τους αναζητώντας σημεία ζωής.

Πρόκειται για «καφέ νάνο»;

Για να είμαστε πάντως ακριβείς, ο πλανήτης που φωτογράφισε το τηλεσκόπιο Subaru υπάρχει περίπτωση να μην είναι καν πλανήτης. Η τεράστια μάζα του αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο να πρόκειται για «καφέ νάνο», ένα είδος μικρού, αμυδρού άστρου που δεν μπορεί να συντηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης που τροφοδοτούν τον Ήλιο.

Three false color images of the κ And ("Kappa Andromedae") system, generated from data collected in July 2012 with the Subaru Telescope in Hawai'i. Almost all of the light of the host star, on which the image is centered, has been removed through image processing; the host star is covered by the dark, software-generated disk in the center. In each image, the Super-Jupiter κ And b is visible to the upper left. Left: Near infrared image (wavelength between 1.2 and 2.4 micrometers). Center: A "signal-to-noise ratio map" generated from the left image. The whiteness of each speckle indicates that probability that we are dealing not with an artefact ("noise"), but with the trace of a real object ("signal"). The white feature toward the upper left, representing a high signal-to-noise value, indicates the high-confidence, super-Jupiter detection. Right: Near infrared image (wavelength: 3,8 micrometers). Image credit: NAOJ / Subaru / J. Carson(College of Charleston) / T. Currie (University Toronto)

Το πιθανότερο όμως είναι ότι το αντικείμενο της εικόνας είναι πλανήτης, αναφέρουν οι ερευνητές στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal Letters». H μελέτη είναι επίσης διαθέσιμη στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv.

Πέντε συχνές παρανοήσεις σχετικά με το μποζόνιο Higgs, Top 5 common misconceptions about the Higgs particle

Διαφάνεια από την πρόσφατη ομιλία του φυσικού Mark Kruse. An interpretive drawing of physicist Mark Kruse's recent talk in Raleigh. Credit: Perrin Ireland

Η περιγραφή μιας φυσικής θεωρίας είναι ακριβής εφόσον χρησιμοποιείται η μαθηματική γλώσσα. Όταν όμως επιχειρείται η εκλαΐκευσή της, τότε δημιουργούνται παρανοήσεις και παρερμηνείες. Κάτι τέτοιο συνέβη και με το σωματίδιο Higgs, του οποίου η ανακάλυψη ανακοινώθηκε στις αρχές Ιουλίου.

 Mark C. Kruse

Ο φυσικός Mark Kruse , από το πανεπιστήμιο Duke, εντόπισε τις παρερμηνείες που κυκλοφορούν σε εκλαϊκευτικά άρθρα σχετικά με το Higgs, και τις παρουσίασε σε δημοσιογράφους που ασχολούνται με επιστημονικά θέματα.

Στη διάλεξη που έδωσε περιέγραψε τις 5 βασικές παρανοήσεις που γίνονται κατά την εκλαΐκευση θεμάτων σχετικά με το σωματίδιο Higgs:

Παρανόηση 1η: Το σωματίδιο Higgs δίνει μάζα στα άλλα σωματίδια

Διόρθωση: Οι μάζες των θεμελιωδών σωματιδίων προέρχονται από τις αλληλεπιδράσεις με το πεδίο Higgs

Ακούμε αυτή τη δήλωση συνεχώς, αλλά πως γίνεται ένα σωματίδιο να «δίνει» μάζα σε κάποιο άλλο. Το πεδίο Higgs είναι αυτό που προσδίδει μάζα σε στοιχειώδη σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, τα νετρίνα και τα quarks. Tο σωματίδιο Higgs είναι μια συνέπεια του πεδίου Higgs. Η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs αποδεικνύει την ύπαρξη του πεδίου Higgs. Στα μαθηματικά που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να κατανοήσουν το μποζόνιο και το πεδίο Higgs, υπάρχει ένα τμήμα σε μια εξίσωση στο οποίο θεωρούν την ύπαρξη του μποζονίου Higgs, ως ενός σημειακού σωματιδίου που προκύπτει από την «συστροφή» του πεδίου Higgs στον εαυτό του – όπως ένας κόμπος στον ιστό της αράχνης. Οι φυσικοί δεν θεωρούν πως το μποζόνιο Higgs μπορεί να δίνει από μόνο του οιαδήποτε μάζα, όμως αλληλεπιδρώντας με τα άλλα σωματίδια, υποστηρίζουν ότι το πεδίο Higgs δημιουργεί «αντίσταση» στην κίνηση των σωματιδίων, και ως εκ τούτου προκύπτει η μάζα τους.

Παρανόηση 2η: Το πεδίο Higgs δημιουργεί την μάζα των πάντων.

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δημιουργεί τη μάζα του 1% της παρατηρήσιμης μάζας στο σύμπαν και πιθανώς όλης της σκοτεινής ύλης.

Το πεδίο Higgs ευθύνεται για την μάζα των quarks, από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που με τη σειρά τους σχηματίζουν τους πυρήνες των ατόμων. Η μάζα των quarks αντιπροσωπεύει μόνο το 1% της μάζας ενός πρωτονίου ή νετρονίου. Το υπόλοιπο 99% προέρχεται από την ενέργεια σύνδεσης των πρωτονίων και νετρονίων, μέσω της οποίας τα συστατικά τους (τα quarks) διατηρούνται συνδεδεμένα μεταξύ τους. Μπορεί να φαίνεται μικρό το ποσοστό της ύλης, η μάζα της οποίας καθορίζεται από το πεδίο Higgs, πρόκειται όμως για την μάζα των θεμελιωδών συστατικών του σύμπαντος. Το πεδίο Higgs έχει απίστευτες συνέπειες στη δομή των ατόμων και των μορίων. Χωρίς αυτό η μάζα των ηλεκτρονίων για παράδειγμα θα ήταν μηδενική και τα άτομα και εμείς μαζί θα είχαμε διαλυθεί. Πέραν της γνωστής ύλης, υπάρχει και η σκοτεινή ύλη που αλληλεπιδρά ελάχιστα με την γνωστή μας ύλη, και αποτελεί το 80% της συνολικής ύλης του σύμπαντος. Επειδή έχει σημαντική μάζα πρέπει να αλληλεπιδρά με το πεδίο Higgs και αυτό είναι ένα σημαντικό ζήτημα στην σημερινή έρευνα των υψηλών ενεργειών.

Παρανόηση 3η: Το μποζόνιο Higgs δημιουργεί το πεδίο Higgs

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δημιουργεί το μποζόνιο Higgs.

Το μποζόνιο Higgs είναι μια συνέπεια του πεδίου Higgs. To ίδιο το πεδίο γίνεται αισθητό ως θεμελιώδη σωμάτια στο πολύ πρώιμο σύμπαν, περίπου στο ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν μια θεμελιώδης συμμετρία το σύμπαντος – η ηλεκτρασθενής – έσπασε.

Παρανόηση 4η: Το πεδίο Higgs είναι αυτό που οι επιστήμονες ονόμαζαν στο παρελθόν αιθέρα.

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δεν είναι ένα μέσο. Είναι ένα πεδίο ενέργειας.

Animation : Journey to discover the nature of mass (the Higgs Field)

Στα τέλη του 1800 οι επιστήμονες αντιλαμβάνονταν τον αιθέρα ως το μέσο στο οποίο διαδίδονταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ή το φως – όπως τα ηχητικά κύματα για να διαδοθούν χρειάζονται κάποιο μέσο (π.χ. αέρα). Η υπόθεση του αιθέρα εγκαταλείφθηκε οριστικά με την έλευση της θεωρίας της σχετικότητας του Einstein. Όταν φυσικοί και συγγραφείς προσπαθούν να εξηγήσουν το πεδίο Higgs, το περιγράφουν σαν γλοιώδες – κολλώδες μέσο, στο οποίο τα σωματίδια συναντούν δυσκολία στην κίνησή τους και η αντίσταση που αισθάνονται δημιουργεί τη μάζα τους. Το πεδίο βέβαια δεν είναι κάποια κολλώδης επιβραδυντική ουσία. Δεν είναι ένα μέσο, αλλά μάλλον ένας τύπος ενέργειας που διαποτίζει ομοιόμορφα όλο το χώρο.

Παρανόηση 5η: Υπήρξε κάποια στιγμή που χαρακτηρίζεται ως η «στιγμή εύρηκα» για την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs.

Διόρθωση: Δεν θα υπάρξουν ποτέ στιγμές εύρηκα για ανακαλύψεις όπως το μποζόνιο Higgs και το πεδίο Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.

Η ανακάλυψη βασίζεται στη συνεχή συσσώρευση αποδεικτικών στοιχείων, τα οποία σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο θα θεωρηθούν αρκετά ισχυρά υπέρ της ύπαρξης του Higgs ή καλύτερα, η πιθανότητα πίσω από τα δεδομένα αυτά να κρύβεται κάτι άλλο θα είναι πολύ μικρή.

«Περιπλανώμενο» άστρο άλλαξε την τροχιά της Γης, Rogue Star Changed The Earth’s Orbit Says Harvard-Smithsonian Astronomer

Our solar system: All the planets in our system orbit at angles to the sun's equator. A new theory suggests they may have been pulled out of whack by a nearby stellar neighbour that has long ago left the scene

Μια ανατρεπτική αλλά ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα θεωρία για την κίνηση των πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα που εξάπτει τη φαντασία ανέπτυξε ένας επιστήμονας στις ΗΠΑ. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, στις απαρχές της δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος έκανε την εμφάνιση του στην περιοχή ένα άστρο που οι ειδικοί χαρακτηρίζουν ως «περιπλανώμενο». Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις που προκλήθηκαν από την παρουσία αυτού του άστρου μετέβαλαν την τροχιά των περισσότερων πλανητών, συμπεριλαμβανομένης της Γης.

Η τροχιά της Γης

Τη θεωρία ανέπτυξε ο Κονσταντίν Μπάτιγκιν, του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian που θέλησε να δώσει μια εξήγηση στο γιατί οι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος κινούνται με τροχιακή κλίση προς τον ισημερινό του Ήλιου  Η Γη κινείται με τροχιακή κλίση 7 μοιρών.

Batygin shows that misaligned orbits can be a natural consequence of disk migration in binary systems whose orbital plane is uncorrelated with the spin axes of the individual stars. The gravitational torques arising from the dynamical evolution of idealized proto-planetary disks under perturbations from massive distant bodies act to misalign the orbital planes of the disks relative to the spin poles of their host stars. Credit: Nature/Konstantin Batygin

Ο Μπάτιγκιν πιστεύει ότι αρχικά όλοι πλανήτες κινούνταν «τακτοποιημένα» γύρω από τον ισημερινό του Ήλιου. Όμως κάποια στιγμή έκανε την εμφάνιση του στη  γειτονιά μας ένα άστρο που κινείτο ελεύθερα στο Διάστημα. Σύμφωνα με τον ερευνητή ,το πέρασμα αυτού του άστρου από το ηλιακό μας σύστημα και οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις που συνόδεψαν την παρουσία του στην περιοχή μας, «τρέλαναν» τους πλανήτες βγάζοντάς τους από τη φυσιολογική τροχιά τους.

Artist’s conceptualization of the dusty protoplanetary system as planets form. Credit: Gemini Observatory / AURA artwork by Lynette Cook

Έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες για αυτή την ακανόνιστη τροχιακή κίνηση των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Μια εξ αυτών δείχνει ως «ένοχο» κάποιον πλανήτη που υπήρχε στο ηλιακό μας σύστημα και «εκδιώχθηκε» από αυτό, με αποτέλεσμα η απομάκρυνσή του να προκαλέσει τη μεταβολή της τροχιάς των υπόλοιπων πλανητών.

Είναι η πρώτη φορά που γίνεται λόγος για κάποιο άστρο το οποίο πιθανώς επηρέασε την τροχιά των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».