Νέα μέθοδος «βλέπει» μακρινούς πλανήτες, 1st Reconnaissance of an Alien Star System Conducted

Καλλιτεχνική απεικόνιση του άστρου HR 8799 και ενός εκ των πλανητών του που μελέτησαν οι ερευνητές με τη νέα μέθοδο. An artist's impression of one of the planets in the HR 8799 system. Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI).

Διεθνής ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε μια νέα μέθοδο παρατήρησης πλανητών που βρίσκονται σε άλλα ηλιακά συστήματα και είναι ικανή να εντοπίζει τα «χημικά αποτυπώματά» τους, όπως τα χαρακτηρίζουν οι ερευνητές. Τα χημικά στοιχεία που εντοπίζονται με αυτή τη μέθοδο στους εξωπλανήτες επιτρέπουν στους επιστήμονες να εξακριβώσουν τις ατμοσφαιρικές και άλλες συνθήκες που επικρατούν σε αυτούς. Όπως υποστηρίζουν οι ερευνητές, είναι πιθανό με τη βοήθειά της να μπορέσουν να διαπιστώσουν αν σε κάποιον πλανήτη υπάρχει ζωή.

Πως ξεπεράστηκε το εμπόδιο του μητρικού άστρου

The image shows a giant planet orbiting HR 8799. Christian Marois (Herzberg Institute of Astrophysics) and colleagues discovered the fourth giant planet, 'e' in the above image, which lies inwards of planets b, c, d. This is typical when using imaging to hunt for extra-solar planets, since it is the closer-in planets that are harder to find, due to obscuration by the bright central star. A simulated star was actually removed from this image; the fuzzy blob seen in the center is due to imperfections in this star-subtraction process. These planets lie about 15 to 70 AU away from the central star, and have masses of ~5 to 10 Jupiter masses. So this is a jumbo planetary system, since the orbits and masses are several times larger than that the Solar System's.

Ομάδα ειδικών από τις ΗΠΑ και τη Βρετανία με επικεφαλής επιστήμονες του Πανεπιστημίου Κέιμπριτζ δημιούργησαν μια ομάδα εργασίας με τον τίτλο Project 1640. Στόχος της ομάδας είναι η μελέτη εξωηλιακών πλανητών. Αφού εντοπιστεί ένας εξωηλιακός πλανήτης το μεγάλο εμπόδιο για την ανακάλυψη στοιχείων για αυτόν είναι το φως του μητρικού του άστρου το οποίο «τυφλώνει» τα όργανα παρατήρησης.

Οι ερευνητές του Project 1640 ανέπτυξαν μια μέθοδο με την οποία καταφέρνουν να «διεισδύουν» στο φως των άστρων γύρω από τους οποίους περιστρέφονται πλανήτες και να εντοπίζουν την μοναδική «φωτεινή υπογραφή» των διαφόρων χημικών στοιχείων που συγκροτούν τις ατμόσφαιρες των πλανητών αυτών.

Το πετυχημένο πείραμα

Comparison of HR 8799 and our Solar System.

Επιστήμονες από το πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και από αρκετούς ερευνητικούς φορείς στις Ηνωμένες Πολιτείες συνεργάστηκαν στο Project 1640 και επέτυχαν να «διαβάσουν» έτσι τη χημική υπογραφή τεσσάρων εξωπλανητών του άστρου HR 8799 που βρίσκεται σε απόσταση 128 έτη φωτός από τη Γη.  Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο Hale  στο Παρατηρητήριο Παλομάρ της Καλιφόρνιας.

Το HR 8799 είναι ένα άστρο με πέντε φορές μεγαλύτερη φωτεινότητα και χίλιες φορές περισσότερο υπεριώδες φως από τον Ήλιο. Γύρω από αυτό το άστρο είχαν ήδη εντοπιστεί τέσσερις πλανήτες αλλά μέχρι τώρα δεν είχε επιτευχθεί η παρατήρηση και μελέτη τους. Με τη νέα μέθοδο οι ερευνητές κατάφεραν να εντοπίσουν στοιχεία και για τους τέσσερις τα οποία δείχνουν ότι είναι πολύ τοξικοί και πολύ καυτοί για να διαθέτουν ζωή.

Περίεργη χημεία

This visualization, produced using the Hayden Planetarium's Digital Universe--the most comprehensive and scientifically accurate, three-dimensional map of the known universe-- shows where the star HR 8799 is in relation to our solar system. Recently, a team of researchers led by the American Museum of Natural History used a suite of high-tech instrumentation and software called Project 1640 to collect the first chemical fingerprints, or spectra, of the four red exoplanets orbiting this star. This visualization also shows other stars that are known to harbor planetary systems (stars with blue circles around them). HR 8799's system, which is 128 light years away from Earth, is one of only a couple of these stars that have been imaged, and the only one for which spectroscopy of all the planets has been obtained. Over the next three years, the team will survey many of these other stars in the same manner in which they studied HR 8799. Music by Gurdonark using Creative Commons Attribution samples by Kaer Trouz and the Institute of Contemporary Music

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι αυτοί οι πλανήτες έχουν πολύ μια ενδιαφέρουσα χημική ανισορροπία που αντιβαίνει όπως αναφέρουν τους βασικούς νόμους της χημείας. Διαπίστωσαν ότι οι τέσσερις πλανήτες διαθέτουν είτε μεθάνιο είτε αμμωνία αλλά κανείς δεν διαθέτει και τα δύο στοιχεία γεγονός που είναι παράδοξο βάσει των υπόλοιπων συνθηκών τους και ειδικά της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας τους.

«Τέτοιες τεχνικές μπορεί κάποια μέρα να μας προσφέρουν τις πρώτες ασφαλείς αποδείξεις για την ύπαρξη ζωής σε ένα εξωηλιακό πλανήτη» αναφέρει ο ερευνητής Ιαν Πάρι που συμμετείχε στη μελέτη η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «The Astrophysical Journal».

Μαθηματικό μοντέλο εξηγεί την προέλευση της ζωής. Math Model Explains Origin of Life

Solitary wave in a laboratory wave channel. Photo: Department of Physics of the University of Bourgogne/ wikimedia commons

Μία διεθνής ομάδα φυσικών δημιούργησε μαθηματικά μοντέλα βιολογικών καταστάσεων χρησιμοποιώντας ενεργειακά κύματα με την ονομασία σολιτόνια, προκειμένου να ανακαλύψει το πώς οι πρώτες μορφές ζωής έκαναν το άλμα από τον αβιοτικό στο βιοτικό κόσμο.

«Το μοντέλο είναι ζωντανό. Ταλαντώνεται όταν δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια ή ύλη, σαν να αναπνέει. Όταν σταματάει να διαπερνάει το σύστημα ενέργεια και ύλη, αυτό πεθαίνει», εξηγεί ο καθηγητής Νάιλ Αχμέντιεφ του Εθνικού Πανεπιστημίου Αυστραλίας.

«Εάν αυτές οι διαδικασίες συμβαίνουν σε απλούς σχηματισμούς όπως τα σολιτόνια, μπορούμε να φανταστούμε πώς οι πρώτες βασικές μορφές ζωής γεννήθηκαν στη φύση από μη ζωντανά στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το οξυγόνο», πρόσθεσε.

Ο καθηγητής Αχμέντιεφ συνεργάστηκε με τον καθηγητή Χέλμουτ Μπραντ του Πανεπιστημίου Μπάιρωητ της Γερμανίας και τον καθηγητή Χοσέ Σότο-Κρέσπο του Ινστιτούτου Οπτικής της Ισπανίας για να αναπτύξουν το μαθηματικό μοντέλο, το οποίο δημοσιεύθηκε στην τελευταία έκδοση του περιοδικού Physics Letters A.

Το σύστημα βασίστηκε στη γενική εξίσωση Ginzburg–Landau, η οποία στην αρχική της μορφή ήταν ένα πιθανολογικό μοντέλο για την περιγραφή υπεραγωγών τύπου Ι χωρίς να εξετάζει τις μικροσκοπικές ιδιότητές τους, και αργότερα βρήκε χρήσεις στη σωματιδιακή φυσική.

Η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε τη συγκεκριμένη εξίσωση σε ένα απλό σύστημα αντίδρασης-διάχυσης (RD) για τα σολιτόνια που δημιουργούνται λόγω της ισορροπίας μεταξύ κέρδους και απώλειας ενέργειας, και της ισορροπίας εισόδου και εξόδου ύλης στο σύστημα.

Σύμφωνα με τον Αχμεντίεφ, το μοντέλο σολιτονίων μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε βασικές βιολογικές διαδικασίες. Το σολιτόνιο, το οποίο πρόκειται για ένα μονήρες ενεργειακό κύμα που δεν αλλάζει σχήμα με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μοντέλο για τη ζωή διότι επιδεικνύει τις απλούστερες και πιο απαραίτητες ζωτικές διαδικασίες.

Το μοντέλο αυτό μπορεί να εφαρμοστεί μελλοντικά και σε πιο σύνθετα βιολογικά συστήματα όπως η μεταφορά νευρικών και μυικών παλμών, οι διαδικασίες που συμβαίνουν εντός βιολογικών μεμβρανών, και άλλα παρόμοια φαινόμενα.

Η καλύτερη κατανόηση των σολιτονίων θα μας βοηθήσει με τη σειρά της να κατανοήσουμε καλύτερα το πώς λειτουργεί το ανθρώπινο σώμα.

«Σε θεμελιώδες επίπεδο, προσπαθούμε να καταλάβουμε πώς εμφανίστηκε η ζωή μέσω ιδιαίτερα απλών φυσικών διαδικασιών. Το συγκεκριμένο μοντέλο αποτελεί μία ισχυρή προσέγγιση που θα οδηγήσει στην ανάλυση πιο περίπλοκων καταστάσεων», δήλωσε ο Αχμέντιεφ.

Νέα άστρα κοντά στη Γη ανακάλυψαν οι επιστήμονες, The Closest Star System Found in a Century

Καλλιτεχνική απεικόνιση των δύο καφέ νάνων που εντοπίστηκαν σε κοντινή απόσταση από εμάς. This image is an artist's conception of the binary system WISE J104915.57-531906 with the Sun in the background. Credit: Janella Williams, Penn State University.

Από το 1916 είχαν οι αστρονόμοι να ανακαλύψουν τόσο γειτονικά στη Γη άστρα. Πρόκειται για ένα διπλό αστρικό σύστημα «καφέ νάνων», που βρίσκεται σε απόσταση μόλις 6,5 ετών φωτός από τον πλανήτη μας και είναι το τρίτο κοντινότερο στη Γη αστρικό σύστημα.

Οι καφέ νάνοι

WISE J104915.57-531906 was discovered through its rapid motion across the sky, which is shown in these images taken between 1978 and 2010 by the Digitized Sky Survey, the Two Micron All-Sky Survey, and the WISE satellite. Credit: NASA/STScI/JPL/IPAC/University of Massachusetts

Η ανακάλυψη, που έγινε από τον καθηγητή αστρονομίας του πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια Κέβιν Λούμαν, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό αστροφυσικής Astrophysical Journal Letters.

Οι «καφέ νάνοι» είναι άστρα μικρής μάζας, τα οποία ποτέ δεν έγιναν τόσο καυτά, όσο χρειαζόταν για να πυροδοτηθεί στο εσωτερικό τους η πυρηνική σύντηξη που μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο. Έτσι, απέτυχαν να μετατραπούν σε ήλιους, με συνέπεια να παραμείνουν κρύα και αχνά, μοιάζοντας περισσότερο με γιγάντιους πλανήτες όπως ο Δίας, παρά με άστρα όπως ο Ήλιος μας.

WISE J104915.57-531906 is at the center of the larger image, which was taken by the WISE satellite. It appeared to be a single object, but a sharper image from Gemini Observatory revealed that it was binary star system. Credit: NASA/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF

Όπως είπε ο Κέβιν Λούμαν, το διπλό αστρικό σύστημα -με την ονομασία WISE 1049-5319- είναι τόσο κοντά, που τα σήματα από τις γήινες τηλεοπτικές εκπομπές του 2006 μόλις έφθασαν εκεί ταξιδεύοντας μέσω του διαστήματος. Ο Αμερικανός αστρονόμος ανέφερε ότι το γειτονικό σύστημα θα αποτελέσει στόχο μελλοντικών παρατηρήσεων για να διαπιστωθεί αν έχει πλανήτες σε τροχιά γύρω από τα δύο άστρα του.

Το σύστημα

This diagram illustrates the locations of the star systems that are closest to the Sun. The year when each star was discovered to be a neighbor of the Sun is indicated. The binary system WISE J104915.57-531906 is the third nearest system to the Sun, and the closest one found in a century. Credit: Janella Williams, Penn State University.

Το αστρικό σύστημα ανακαλύφθηκε από το υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο WISE της NASA, το οποίο εκτοξεύτηκε το 2009 και μπορεί να «βλέπει» τέτοια αχνά άστρα, που είναι αόρατα για τα οπτικά τηλεσκόπια. Οι δύο «καφέ νάνοι» απέχουν μεταξύ τους περίπου την τριπλάσια απόσταση Ήλιου-Γης και ολοκληρώνουν μια περιφορά το ένα γύρω από το άλλο σχεδόν κάθε 25 γήινα χρόνια.

Το δεύτερο κοντινότερο άστρο, του Μπάρναρντ, απέχει περίπου έξι έτη φωτός και ανακαλύφθηκε το 1916, ενώ το πιο κοντινό στη Γη είναι το τριπλό αστρικό σύστημα Άλφα Κενταύρου, ένα από τα αχνά άστρα του οποίου, ο Εγγύς Κενταύρου, που ανακαλύφθηκε το 1917, απέχει μόλις 4,2 έτη φωτός.

Οι αστρονόμοι απέκλεισαν την πιθανότητα το διπλό αστρικό σύστημα που μόλις ανακαλύφθηκε, να είναι το λεγόμενο άστρο «Νέμεσις», που μερικοί υποστηρίζουν ότι αποτελεί τον άγνωστο έως τώρα (και δυνητικά επικίνδυνο) συνοδό του δικού μας Ήλιου.

Όπως είπε ο Κέβιν Λούμαν, «μπορούμε να αποκλείσουμε την πιθανότητα ότι το νέο σύστημα των καφέ νάνων αποτελεί ένα τέτοιο αντικείμενο, επειδή κινείται πολύ γρήγορα στον ουρανό για να βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο μας».