Οι απατεώνες πλανήτες θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τα αστέρια στον Γαλαξία

Ο γαλαξίας μας βρίθει από αδίστακτους πλανήτες είτε ξεκομμένους από τα μητρικά τους αστέρια από χαοτικές συνθήκες είτε γεννημένοι χωριστά από ένα αστέρι. Αυτοί οι ορφανοί πλανήτες θα μπορούσαν να ανακαλυφθούν μαζικά από ένα επερχόμενο έργο της NASA — Nancy Grace Roman Space Telescope.

Ο Γαλαξίας φιλοξενεί ένα πλήθος μοναχικών παρασυρόμενων αντικειμένων, γαλαξιακών ορφανών — με μάζα παρόμοια με αυτή ενός πλανήτη — χωρισμένα από ένα μητρικό αστέρι. Αυτοί οι νομάδες πλανήτες κινούνται ελεύθερα μέσα από γαλαξίες και μόνο, αμφισβητώντας έτσι την κοινώς αποδεκτή εικόνα των πλανητών που περιφέρονται γύρω από ένα μητρικό αστέρι. Οι «απατεώνες πλανήτες» θα μπορούσαν, στην πραγματικότητα, να είναι περισσότεροι από τα αστέρια στον γαλαξία μας, μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Astronomical Journal υποδηλώνει.

Μέχρι τώρα, πολύ λίγοι από αυτούς τους ορφανούς πλανήτες έχουν εντοπιστεί πραγματικά από αστρονόμους, αλλά οι προσομοιώσεις των συγγραφέων δείχνουν ότι με την επικείμενη εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Nancy Grace Roman της NASA στα μέσα της δεκαετίας του 2020, αυτή η κατάσταση θα μπορούσε να αλλάξει. Ίσως, δραστικά.

Οι προσομοιώσεις της ομάδας έδειξαν ότι ο Roman μπορούσε να εντοπίσει εκατοντάδες από αυτούς τους μυστηριώδεις απατεώνες πλανήτες, βοηθώντας τους ερευνητές να εντοπίσουν πώς περιπλανήθηκαν μόνοι τους στον γαλαξία και δείχνοντας πόσο μεγάλος θα μπορούσε να είναι αυτός ο πληθυσμός στο ευρύτερο Σύμπαν.

Rogue by Name, Rogue by Nature:Mysterious and Missing

Μέχρι στιγμής, πολύ μυστήριο περιβάλλει τη διαδικασία που βλέπει αυτούς τους πλανήτες να απελευθερώνονται από την τροχιά γύρω από ένα αστέρι. Οι δύο κύριες ανταγωνιστικές θεωρίες προτείνουν ότι αυτά τα αστέρια είτε απελευθερώνονται από το μητρικό τους αστέρι είτε σχηματίζονται σε απομόνωση. Κάθε διαδικασία θα οδηγούσε πιθανότατα σε απατεώνες πλανήτες με ριζικά διαφορετικές ιδιότητες.

Ο Τζόνσον συνεχίζει να προσφέρει μια εναλλακτική μέθοδο σχηματισμού απατεώνων πλανητών που θα τους έβλεπε να σχηματίζονται μεμονωμένα, παρόμοια με αστέρια που σχηματίζονται από γιγάντια νέφη αερίου που καταρρέουν. "Αυτή η διαδικασία σχηματισμού πιθανότατα θα παράγει αντικείμενα με μάζα παρόμοια με τον Δία, περίπου μερικές εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης."

Το ερώτημα είναι εάν αυτά τα αντικείμενα είναι τόσο κοινά, γιατί έχουμε εντοπίσει τόσο λίγα από αυτά; «Η δυσκολία με τον εντοπισμό απατεώνων πλανητών είναι ότι ουσιαστικά δεν εκπέμπουν φως», εξηγεί ο Γκαουντί. "Δεδομένου ότι η ανίχνευση φωτός από ένα αντικείμενο είναι το κύριο εργαλείο που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για να βρουν αντικείμενα, οι απατεώνες πλανήτες ήταν αόριστοι."

Οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια μέθοδο που ονομάζεται βαρυτικό μικροφακό για να εντοπίσουν απατεώνες πλανήτες, αλλά αυτή η μέθοδος δεν είναι χωρίς προκλήσεις, όπως διευκρινίζει ο Γκαουντί:

Επιπλέον, καθώς το κέντρο του Γαλαξία είναι πολύ σκοτεινό, απαιτώντας από εμάς να το κοιτάξουμε στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος — ένα έργο εξαιρετικά δύσκολο καθώς η ατμόσφαιρα της Γης κάνει τον ουρανό εξαιρετικά φωτεινό σε κοντινό υπέρυθρο φως .

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman (και ο Αϊνστάιν) στη διάσωση!

Το ρωμαϊκό τηλεσκόπιο — που πήρε το όνομά του από τη Nancy Grace Roman, την πρώτη επικεφαλής αστρονόμο της NASA, η οποία άνοιξε το δρόμο για διαστημικά τηλεσκόπια εστιασμένα στο ευρύτερο σύμπαν– θα εκτοξευθεί στα μέσα της δεκαετίας του 2020. Πρόκειται να γίνει το πρώτο τηλεσκόπιο που θα επιχειρήσει μια απογραφή απατεώνων πλανητών — εστιάζοντας σε πλανήτες στον Γαλαξία μας, μεταξύ του ήλιου μας και του κέντρου του γαλαξία μας, καλύπτοντας έτσι περίπου 24.000 έτη φωτός.

Η μελέτη της ομάδας συνίστατο σε προσομοιώσεις που δημιουργήθηκαν για να ανακαλύψουν πόσο ευαίσθητο θα μπορούσε να είναι το ρωμαϊκό τηλεσκόπιο στα γεγονότα μικροφακούς που υποδεικνύουν την παρουσία αδίστακτων πλανητών, διαπιστώνοντας στη διαδικασία ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο επόμενης γενιάς ήταν 10 φορές πιο ευαίσθητο από το τρέχον που βασίζεται στη Γη. τηλεσκόπια. Αυτή η διαφορά στην ευαισθησία προκάλεσε έκπληξη για τους ίδιους τους ερευνητές. «Ο προσδιορισμός του πόσο ευαίσθητος είναι ο Ρόμαν ήταν πραγματικό σοκ», λέει ο Τζόνσον. «Μπορεί ακόμη και να μας πει για φεγγάρια που εκτοξεύονται από πλανητικά συστήματα! Επίσης, βρήκαμε έναν νέο «εκφυλισμό μικροφακών» στη διαδικασία της μελέτης — το θέμα μια άλλη εργασία που θα κυκλοφορήσει σύντομα».

Ο συν-συγγραφέας του Τζόνσον, Γκαουντί, απηχεί αυτήν την έκπληξη. «Έμεινα έκπληκτος που ο Roman ήταν ευαίσθητος σε απατεώνες πλανήτες με μάζα τόσο χαμηλή όσο αυτή του Άρη και ότι τα σήματα ήταν τόσο δυνατά», προσθέτει ο ερευνητής. "Δεν το περίμενα πριν ξεκινήσουμε τις προσομοιώσεις."

Το φαινόμενο που θα εκμεταλλευτεί ο Roman για να κάνει τις παρατηρήσεις του προέρχεται από μια πρόβλεψη που έγινε στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία υποδηλώνει ότι τα αντικείμενα με μάζα «παραμορφώνουν» τον ιστό του χώρου γύρω τους. Η πιο κοινή αναλογία που χρησιμοποιείται για την εξήγηση αυτού του φαινομένου είναι τα «βαθουλώματα» που δημιουργούνται σε ένα τεντωμένο ελαστικό φύλλο τοποθετώντας πάνω του αντικείμενα ποικίλης μάζας. Όσο πιο βαρύ είναι το αντικείμενο — άρα όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα — τόσο μεγαλύτερο είναι το βαθούλωμα.

Αυτή η παραμόρφωση του διαστήματος δεν είναι υπεύθυνη μόνο για τις τροχιές των πλανητών, αλλά καμπυλώνει επίσης τις διαδρομές των ακτίνων φωτός, τις ευθείες διαδρομές που καμπυλώνονται καθώς περνούν τα «βαθώματα» στο διάστημα. Αυτό σημαίνει ότι το φως από μια πηγή φόντου κάμπτεται από την επίδραση της μάζας ενός αντικειμένου στο προσκήνιο. Το εφέ χρησιμοποιήθηκε πρόσφατα για να εντοπίσει έναν μακρινό Γαλαξία που «μοιάζει». Αλλά σε εκείνη την περίπτωση, και στην περίπτωση πολλών γεγονότων βαρυτικού φακού, το αντικείμενο που μεσολάβησε ήταν ένας γαλαξίας, όχι ένας απατεώνας πλανήτης, και επομένως ήταν ένα πολύ λιγότερο λεπτό, πιο μακροχρόνιο και επομένως λιγότερο δύσκολο να ανιχνευθεί αποτέλεσμα από το «μικροφακός». που προκαλείται από έναν απατεώνα πλανήτη.

Όπως επισημαίνει ο Johnson, ο μικροφακός είναι ένας σημαντικός και συναρπαστικός τρόπος για να μελετηθούν οι εξωπλανήτες — πλανήτες εκτός του ηλιακού συστήματος — αλλά όταν συνδυάζεται με τον Roman, γίνεται κλειδί για τον εντοπισμό πλανητικών ορφανών.

«Το Roman είναι πραγματικά το καλύτερο στοίχημά μας για να βρούμε αυτά τα αντικείμενα. Το επόμενο καλύτερο πράγμα θα ήταν το Roman 2.0 — με μεγαλύτερο οπτικό πεδίο και υψηλότερο ρυθμό», λέει ο ερευνητής στο ZME, δηλώνοντας ότι οι απατεώνες πλανήτες είναι μόνο μέρος της ευρύτερης εικόνας που θα μπορούσε να μας επιτρέψει να δούμε αυτό το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο. " Ελπίζω να κάνω όσο το δυνατόν περισσότερη δουλειά με τον Roman. Το επόμενο μεγάλο έργο είναι να καθορίσει τι θα μπορέσει να μας διδάξει ο Roman σχετικά με τη συχνότητα των αναλόγων της Γης — πλανήτες με μάζα της γης στις κατοικήσιμες ζώνες αστεριών που μοιάζουν με τον Ήλιο».

Αρχική έρευνα

Τζόνσον. S. A., Penny. Μ, Γκαουντί. B. S, et al, «Predictions of the Nancy Grace Roman Space Telescope Galactic Exoplanet Survey». II. Ποσοστά ανίχνευσης πλανητών ελεύθερα αιωρούμενων*», The Astronomical Journal, [2020].