Οι «αμμοστρόβιλοι» που φτιάχνουν πλανήτες. 'Dust trap' around young star could be comet factory

Artist’s impression shows the dust trap in the system Oph-IRS 48. The dust trap provides a safe haven for the tiny rocks in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. (Credit: ESO/L. Calçada)

Διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει στρέψει τη συστοιχία τηλεσκοπίων ALMA σε ένα νεαρό άστρο γύρω από το οποίο έχει σχηματιστεί ένας δίσκος κοσμικής ύλης. Οι επιστήμονες παρατηρούν τον δίσκο με την ελπίδα ότι θα γίνουν μάρτυρες των πολύπλοκων κοσμικών διεργασιών που συντελούνται εκεί και οδηγούν στη δημιουργία πλανητών. Ήδη έχουν κάνει ορισμένες ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις.

Η κρατούσα θεωρία

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το εσωτερικό των δίσκων ύλης που σχηματίζονται γύρω από άστρα αποτελείται από αέρια και μικροσκοπικούς κόκκους σκόνης. Οι κόκκοι σκόνης ενώνονται συνεχώς μεταξύ τους σχηματίζοντας βραχώδη σώματα με μάζα μέχρι και δέκα φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Κάποια από αυτά τα σώματα ξεκινούν να συλλέγουν αέρια από τον δίσκο και τελικά μετατρέπονται σε πυρήνες γιγάντων αερίου όπως ο Δίας.

Οι κοσμικές «αντιφάσεις»

Όμως οι προσομοιώσεις δημιουργίας πλανητών από τους δίσκους ύλης έχουν δημιουργήσει πονοκεφάλους στους επιστήμονες. Τα μοντέλα δείχνουν ότι οι μάζες που αρχίζουν να σχηματίζονται μέσα στον δίσκο όσο περισσότερο διογκώνονται τόσο περισσότερο επιβραδύνεται η ταχύτητα τους καθώς κινούνται μέσα στα αέρια και τη σκόνη. Οι μάζες αυτές σταματούν κάποια στιγμή να περιδιαβαίνουν τον δίσκο και αρχίζουν να κινούνται προς το άστρο. Σύμφωνα με τα μοντέλα η πορεία αυτή έχει δύο πιθανές καταλήξεις. Οι μάζες είτε συγκρούονται μεταξύ τους και διαλύονται είτε μπαίνουν σε μια διαδικασία αυτοκαταστροφικής περιδίνησης.

Τα μοντέλα δείχνουν επίσης ότι όσο πιο μακριά από το άστρο σχηματίζεται μια μάζα τόσο πιο μικρό είναι το μέγεθος της πριν ξεκινήσει να κινείται προς αυτό. Σε άστρα όπως ο Ήλιος, οι μάζες που σχηματίζονται σε αποστάσεις παρόμοιες με αυτή της Γης από το άστρο μας δεν μπορούν να μεγαλώσουν περισσότερο από ένα μέτρο σε διάμετρο. Αυτό σημαίνει ότι σε αποστάσεις όπως αυτές που βρίσκεται ο Ποσειδώνας οι μάζες που θα μπορούσαν να αποτελέσουν πυρήνες ενός πλανήτη δεν μπορούν να αναπτυχθούν περισσότερο από μόλις ένα χιλιοστό.

Η παγίδα της σκόνης

This image from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) shows the dust trap in the disc that surrounds the system Oph-IRS 48. The high asymmetry of the dust emission between the southern and northern part of the disc (at least a factor of 130) is indicative of the presence of such a dust trap. The dust trap provides a safe haven for tiny particles in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Κάποιοι επιστήμονες είναι θιασώτες μια θεωρίας που δίνει λύση σε αυτό το κοσμικό αδιέξοδο. Σύμφωνα με αυτήν, στο εσωτερικό του δίσκου υπάρχουν διαφορές πίεσης οι οποίες δημιουργούν στροβίλους. Οι στρόβιλοι αυτοί παγιδεύουν τη σκόνη και της επιτρέπουν να σχηματίζει μάζες μεγέθους τέτοιου ώστε να μην μπουν σε οποιαδήποτε διαδικασία αυτοκαταστροφής.

Η γιγάντια μάζα

This image from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) shows the dust trap in the disc that surrounds the system Oph-IRS 48. The dust trap provides a safe haven for tiny particles in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. The green region shows where the larger particles are located (millimetre-sized) and is the dust trap seen discovered by ALMA. The orange ring shows observations of much finer dust particles (micron-sized) using the VISIR instrument on ESO's Very Large Telescope. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Οι ερευνητές έστρεψαν το ALMA στο άστρο Oph IRS 48 και εντόπισαν έναν τέτοιο στρόβιλο στις εξωτερικές περιοχές του δίσκου της ύλης. Παλαιότερες παρατηρήσεις στο συγκεκριμένο άστρο και τον δίσκο του έχουν υποδείξει την παρουσία ενός γιγάντιου σώματος με μάζα δέκα φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Δία. Η μάζα αυτή βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το άστρο και σύμφωνα με τους ειδικούς «καθαρίζει» οτιδήποτε υπάρχει στην περιοχή που κινείται.

Οι ερευνητές παρατηρούν τον δίσκο σε τρία μήκη κύματος, ένα στο οποίο εντοπίζονται μόνο τα αέρια του δίσκου, ένα όπου εντοπίζονται οι κόκκοι σκόνης άνω του ενός χιλιοστού και ένα όπου εντοπίζονται οι μικρότεροι κόκκοι σκόνης. Όπως διαπιστώθηκε οι μεγαλύτερου μεγέθους κόκκοι σκόνης είναι συγκεντρωμένοι σε μια πλευρά του άστρου σε  διάταξη ημισελήνου, γεγονός που πιθανώς οφείλεται στην παρουσία ενός στροβίλου. «Το ενδιαφέρον σε αυτή την έρευνα είναι ότι βρήκαμε έναν δίσκο όπου οι μεγαλύτεροι σε μέγεθος κόκκοι σκόνης είναι συγκεντρωμένοι σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κάποιος μηχανισμός που τους κρατά εκεί» αναφέρει η Νίνκε βαν ντερ Μάρελ του Αστεροσκοπείου Leiden στην Ολλανδία, μέλος της ερευνητικής ομάδας. H μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Όταν ο Ήλιος έπαιρνε ακόμα… μπόι, Young Star Suggests our Sun Was a Feisty Toddler

Καλλιτεχνική άποψη του συστήμτος TW Ύδρας μας δείχνει τι θα βλέπαμε αν μπορούσαμε πλησιάσουμε περισσότερο απ’ ότι μπορούν τα τηλεσκόπια. This artist's conception illustrates what we would see if we could zoom in on the TW Hydrae system. We are viewing the star nearly pole-on, where streamers of gas from the surrounding protoplanetary disk funnel onto the star. Research shows that this growth process, also known as accretion, is clumpy and episodic. By studying TW Hydrae we can learn what our Sun was like when it was only 10 million years old. Credit: David A. Aguilar (CfA)

Η μελέτη ενός άστρου που μοιάζει με τον Ήλιο, είναι όμως πολύ μικρότερο σε ηλικία, δείχνει πώς μπορεί να συμπεριφερόταν το μητρικό μας άστρο όταν ήταν ακόμα νεαρό και ιδιαίτερα βουλιμικό.

To άστρο βρέφος

Artist’s impression of the gas and dust disk around the young star TW Hydrae. New measurements using the Herschel space telescope have shown that the mass of the disk is greater than previously thought. Credit: Axel M. Quetz (MPIA)

Το νεαρό άστρο, με την ονομασία TW της Ύδρας, βρίσκεται στο αστρικό σμήνος της Ύδρας, σε απόσταση 190 ετών φωτός, και έχει ηλικία μόλις δέκα εκατομμυρίων ετών. Ανήκει στην ίδια κατηγορία με τον Ήλιο, αν και η μάζα του είναι 20% μικρότερη.

«Μελετώντας το TW της Ύδρας μπορούμε να παρακολουθήσουμε τι συνέβαινε στον δικό μας Ήλιο όταν ήταν ακόμα πιτσιρίκι» σχολιάζει η Νάνσι Μπρίκχαους του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard Smithsonian, στο Κέμπριτζ της Μασαχουσέτης.

Το νεαρό άστρο είναι πιθανό να διανύει μια φάση την οποία πέρασε κάποτε και ο Ήλιος: συνεχίζει να μεγαλώνει απορροφώντας αέριο υδρογόνο από τον γιγάντιο δίσκο αερίων και σκόνης που το περιβάλλει.

Οι παρατηρήσεις

This artist's concept illustrates an icy planet-forming disk around a young star called TW Hydrae, located about 175 light-years away in the Hydra, or Sea Serpent, constellation. Image credit: NASA/JPL-Caltech

Η Μπρίκχαους και οι συνεργάτες της χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Chandra, καθώς και επίγεια όργανα, για να παρακολουθήσουν το άστρο καθώς γευμάτιζε.

Οι παρατηρήσεις στο φάσμα των ακτίνων Χ αποκάλυψαν ότι το αέριο που πέφτει μέσα στο νεαρό άστρο κινείται κατά μήκος των γραμμών του αστρικού μαγνητικού πεδίου. Οι ερευνητές κατάφεραν μάλιστα να δουν σύννεφα αερίου που συντρίβονται στην επιφάνεια του άστρου και δημιουργούν ωστικά κύματα που θερμαίνουν το αέριο στους 2,8 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

«Συλλέγοντας δεδομένα σε πολλαπλά μήκη κύματος μπορέσαμε να ακολουθήσουμε το αέριο σε όλη τη διαδρομή του. Είναι η πρώτη φορά που παρακολουθήσαμε ολόκληρη τη διαδικασία συσσώρευσης» νέας μάζας στο αστέρι, αναφέρει η ερευνήτρια.

Το ενδιαφέρον μάλιστα είναι ότι TW της Ύδρας δεν καταπίνει αέριο με σταθερό ρυθμό: το γεύμα μπορεί να σταματάει απότομα για να συνεχιστεί την επόμενη μέρα σε μια νέα φάση βουλιμίας. Σήμερα, ο Ήλιος έχει ηλικία 4,6 δισεκατομμυρίων ετών και η μαγνητική του δραστηριότητα πιστεύεται ότι έχει πια εξασθενίσει.

Οι ερευνητές πιστεύουν πάντως ότι οι τελευταίες παρατηρήσεις βελτιώνουν τις γνώσεις μας για την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου ενός νεαρού άστρου με το δίσκο σκόνης από τον οποίο γεννιούνται τελικά οι πλανήτες. Ποιος ξέρει; Ίσως σε 4,6 δισ. χρόνια από σήμερα το TW της Ύδρας να μοιάζει με τον χαμένο δίδυμο αδελφό του σημερινού Ήλιου. Η μελέτη παρουσιάστηκε την Τετάρτη σε συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Αστρονομίας.

Τα μωρά «τιτιβίζουν» όπως τα πουλιά. Of birdsong and baby babble

Mary Cassatt, Mother and Child, Mère et Enfant, 1889.

Τα μωρά μαθαίνουν να μιλούν σαν... μωρά προτού κατακτήσουν τη γλώσσα των μεγάλων - ξεκινούν αρχικά επαναλαμβάνοντας μεμονωμένες συλλαβές (όπως μπα-μπα-μπα) και στη συνέχεια ενώνοντας διαφορετικές συλλαβές μεταξύ τους (όπως μπα-ντα-γκου).

Τόσο τα μωρά όσο και τα πτηνά πασχίζουν για να μάθουν συλλαβές στην αρχή της ζωής τους, σύμφωνα με νέα μελέτη. Human infants and young birds ‘learn’ syllables in pairs.

Τα ωδικά πτηνά παρουσιάζουν παρόμοια μοτίβα καθώς μαθαίνουν να κελαηδούν. Πιστεύεται μάλιστα ότι η ικανότητα για αυτού του είδους την παράθεση συλλαβών είναι έμφυτη. Ωστόσο μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται online στην επιθεώρηση «Nature» δείχνει ότι τα πράγματα δεν είναι ακριβώς έτσι ούτε τόσο απλά.

Μελέτη σε τρία είδη

The test: In the study, young zebra finches and Bengalese finches were trained to imitate a certain song. photo: reuters

Αμερικανοί ερευνητές μελέτησαν τρία διαφορετικά είδη - δύο είδη πτηνών και συγκεκριμένα πιτσιλωτούς σπίνους (zebra finch, επιστημονική ονομασία Τaeniopygia guttata, ταινιοπυγή η στικτή) και κοινωνικούς σπίνους (bengalese finch, επιστημονική ονομασία Lonchura striata domestica), καθώς και ανθρώπους. Είδαν ότι σε κανένα από τα τρία είδη η μετάβαση από τις μεμονωμένες συλλαβές στα ζευγάρια συλλαβών δεν είναι εύκολη. Τα μικρά και των τριών ειδών χρειάζεται να μάθουν αργά πώς να συνταιριάζουν μεταξύ τους τις συλλαβές.

«Ανακαλύψαμε ένα αναπάντεχο στάδιο στην εκφορά του λόγου των ανθρώπων» ανέφερε η πρώτη συγγραφέας της νέας μελέτης Ντίνα Λιπκάιντ, ψυχολόγος που εργάζεται στο Κολέγιο Χάντερ στη Νέα Υόρκη.

Προκειμένου να καταλήξουν στα συμπεράσματά τους οι ερευνητές εκπαίδευσαν αρχικώς πιτσιλωτούς σπίνους ώστε να τραγουδούν ένα τραγούδι στο οποίο τρεις συλλαβές που αποτελούνταν από τα γράμματα Α, B, C εμφανίζονταν με την εξής σειρά: ΑΒC - ΑΒC. Στη συνέχεια εκπαίδευσαν τα πτηνά ώστε να τραγουδούν ένα άλλο τραγούδι στο οποίο τα ίδια γράμματα εμφανίζονταν με διαφορετική σειρά: ACB - ACB.

Σταδιακή διαδικασία

Researchers have found similar patterns in the ways human babies and songbirds learn their vocalizations. ROGER WRIGHT/STONE/GETTY IMAGES

Τα οκτώ από τα 17 πτηνά κατάφεραν να μάθουν το τραγούδι, όχι όμως κατευθείαν. Το έμαθαν σαν μια σειρά ζευγών συλλαβών - μάθαιναν π.χ. να περνούν από το Α στο C, στη συνέχεια από το C στο Β και τέλος από το Β στο Α. Και αυτό δεν συνέβη μέσα σε ελάχιστο χρονικό διάστημα, όπως υποστηρίζει η θεωρία της έμφυτης εκμάθησης των συλλαβών. Αντιθέτως, χρειάστηκαν δέκα ημέρες κατά μέσον όρο προκειμένου να μάθουν το πρώτο ζεύγος συλλαβών, τέσσερις ώστε να μάθουν το δεύτερο και δύο ημέρες ώστε να μάθουν το τρίτο ζεύγος.

Τα ίδια μοτίβα εκμάθησης παρατηρήθηκαν και στους κοινωνικούς σπίνους. Για παράδειγμα, στο τραγούδι του συγκεκριμένου είδους ορισμένα ζεύγη συλλαβών είναι αντιστρέψιμα - ορισμένες φορές η συλλαβή Α εμφανίζεται πριν από τη συλλαβή Β και αντιστρόφως. Και πάλι, σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με την «έμφυτη» θεωρία, τα νεαρά πτηνά θα έπρεπε να μαθαίνουν τις εντολές ταυτοχρόνως, κάτι που όμως δεν συνέβη. Όταν οι επιστήμονες παρακολούθησαν την εκμάθηση επτά τέτοιων ζευγών συλλαβών είδαν ότι τα πτηνά ήταν σε θέση να κατανοήσουν και να ακολουθήσουν τις δύο διαφορετικές εντολές με χρονική απόσταση περίπου 18 ημερών μεταξύ τους.

Το αναπάντεχο… ανθρώπινο εύρημα

Το πιο αναπάντεχο όμως εύρημα της μελέτης ήταν ότι και τα βρέφη των ανθρώπων ακολουθούν τα μοτίβα εκμάθησης των πουλιών. Όταν οι ερευνητές ανέλυσαν βάσεις δεδομένων που περιείχαν φωνητικές καταγραφές εννέα βρεφών, ανακάλυψαν ότι η εξέλιξη της μωρουδίστικης γλώσσας τους - το να περνούν, δηλαδή, από την επανάληψη της ίδιας συλλαβής στη συνένωση διαφορετικών συλλαβών - δεν ήταν μια ταχεία διαδικασία αλλά ελάμβανε χώρα σταδιακά, σε διάστημα 20-30 εβδομάδων.

«Η μελέτη αυτή προσφέρει ενδείξεις σχετικά με το ότι η μετάβαση στην κατάκτηση του ζευγαρώματος συλλαβών στα πτηνά γίνεται βήμα-βήμα. Οι αναλύσεις δείχνουν ότι το ίδιο φαινόμενο καταγράφεται και στα βρέφη των ανθρώπων» σχολιάζει ο Μάικλ Φρανκ, ερευνητής στο πεδίο κατάκτησης της γλώσσας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ της Καλιφόρνιας. Προειδοποιεί ωστόσο ότι η υπόθεση σχετικά με τα βρέφη πρέπει να μελετηθεί περαιτέρω πειραματικά.