Ανακαλύψαμε μια γκαλερί Rogues με γίγαντες αερίου μεγέθους τεράτων
Δεν είναι σωστό να βλέπεις ένα μικρό παιδί να περπατά μόνο του στο δρόμο. Τα νήπια δεν γίνονται απλώς απατεώνες, και αν το κάνουν γρήγορα κυνηγούνται από έναν γονέα ή έναν παππού ή έναν δάσκαλο και τα φέρνουν πίσω εκεί που ανήκουν. Οι περισσότεροι πλανήτες είναι σαν νήπια:Ακολουθούν μια καλά συμπεριφερόμενη τροχιά γύρω από ένα αστέρι. Θα μπορούσε να είναι ένα κίτρινο αστέρι, ή ένα κόκκινο, ένα νεαρό ή ηλικιωμένο αστέρι, ή ακόμα και ένα σύστημα με περισσότερα από ένα αστέρια. Αλλά σε αντίθεση με τα νήπια, μερικές φορές βρίσκουμε πλανήτες να γίνονται απατεώνες, παραδόξως αδέσμευτοι από τη βαρύτητα οποιουδήποτε αστεριού. Όπως μπορείτε να δείτε σε αυτήν την απεικόνιση βίντεο από έναν από εμάς, αυτοί οι «ελεύθερα επιπλέοντες» πλανήτες κινούνται ανάμεσα στα αστέρια αντί να περιφέρονται γύρω από ένα.
Οι εξωπλανήτες—πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια—είναι μια πρόκληση για εύρεση. Η συντριπτική πλειονότητα του σημερινού δείγματος εξωπλανητών ανακαλύφθηκε μετρώντας την έμμεση επίδραση ενός πλανήτη στη φωτεινότητα ή την κίνηση του αστέρα-ξενιστή του. Αλλά οι απατεώνες πλανήτες δεν έχουν αστέρι υποδοχής. Οι πιθανότητες να εισέλθει ένας απατεώνας κόσμος στο ηλιακό μας σύστημα —όπως τα διαστρικά αντικείμενα «Οουμουαμούα και Μπορίσοφ— είναι βασικά μηδενικές, οπότε όποιος είναι περίεργος για αυτούς τους διαστρικούς περιπλανώμενους δεν μπορεί να υπολογίζει ότι θα δει έναν από κοντά. Και φυσικά, πραγματικά δεν θέλουμε να περιμένει κάποιος κοντά, γιατί, αν το έκανε, θα μπορούσε να αποσταθεροποιήσει τις τροχιές των πλανητών.
Ο πιο άμεσος τρόπος ανίχνευσης ελεύθερων πλανητών είναι απλώς να τραβήξετε μια φωτογραφία. Έτσι εμείς —τρεις αστροφυσικοί, μαζί με άλλους εννέα συναδέλφους μας— βάλαμε το βλέμμα μας στον Άνω Σκορπιό, μια κοντινή ομάδα μωρών αστεριών στον αστερισμό (το μαντέψατε…) Σκορπιό. Στη νέα μας εργασία, που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο στο Nature Astronomy , παρουσιάζουμε την ανακάλυψη περίπου 100 ελεύθερων πλανητών εκεί, μια άνευ προηγουμένου αφθονία απατεώνων πλανητών, διπλασιάζοντας περίπου το σημερινό δείγμα. Δεν υπάρχουν αστέρια για να πνίξουν το φως των πλανητών, αλλά και αστέρια που να ζεσταίνουν τους πλανήτες και να τους κάνουν να λάμπουν έντονα. Έτσι, η καλύτερη λύση είναι να πιάσουμε νέους πλανήτες, πριν προλάβουν να δροσιστούν και να χάσουν τη θερμότητα από το σχηματισμό τους. Σε σύντομο χρονικό διάστημα, παραμένουν αρκετά φωτεινά για να ανιχνευθούν. Αυτό σημαίνει αναζήτηση σε μέρη όπου οι πλανήτες είναι νέοι:σε περιοχές σχηματισμού άστρων, στις γενέτειρες των αστεριών και των πλανητών.
Η περιοχή του Άνω Σκορπιού είναι τόσο κοντά στον ήλιο μας που φαίνεται πραγματικά μεγάλη, εκτείνεται σε περίπου 170 τετραγωνικές μοίρες - αυτό ισοδυναμεί με μια περιοχή στον ουρανό με 850 πανσέληνους μέσα! Η απόκτηση μιας καλής εικόνας (λογοπαίγνιο) αυτής της περιοχής ήταν μια τιτάνια προσπάθεια. Ως μέρος του έργου Cosmic-DANCE, μια προσπάθεια να κατανοήσουμε πού και πώς σχηματίζονται τα αστέρια, συγκεντρώσαμε περισσότερες από 80.000 εικόνες ευρέως πεδίου της περιοχής που τραβήχτηκαν τα τελευταία 20 χρόνια με ένα πλήθος διαφορετικών τηλεσκοπίων (αθροίζοντας περισσότερα από 100 terabytes χώρου στον σκληρό δίσκο).
Αναλύσαμε τη φωτεινότητα και τα χρώματα περισσότερων από 10 εκατομμυρίων πηγών φωτός σε αυτές τις εικόνες. Δεδομένου του πόσο τεράστια είναι η περιοχή, χρησιμοποιήσαμε τις κινήσεις των πηγών φωτός για να διαχωρίσουμε το κλάσμα των άστρων που ανήκουν στον Άνω Σκορπιό από αυτά στο βάθος, πιο μακριά στον γαλαξία μας (ή σε άλλους γαλαξίες). Ο ακριβής αριθμός των πλανητών που επιπλέουν ελεύθερα στο δείγμα μας είναι δύσκολο να προσδιοριστεί επειδή εξαρτάται ακριβώς από το πόσο παλιά είναι η περιοχή σχηματισμού άστρων (και, κατ' επέκταση, κάθε απατεώνας πλανήτης).
Αυτό συμβαίνει επειδή μπορούμε να μετρήσουμε μόνο τη φωτεινότητα κάθε πλανήτη που επιπλέει ελεύθερα, όχι την πραγματική μάζα ή το μέγεθός του. Όσο μεγαλύτερος είναι ο πλανήτης, τόσο περισσότερο ψύχεται για να φτάσει τη σημερινή του φωτεινότητα, και έτσι τόσο φωτεινότερος (και πιο μαζικός) ήταν όταν σχηματίστηκε. Τα αντικείμενα με μεγαλύτερη μάζα από περίπου 13 φορές τη μάζα του Δία είναι καφέ νάνοι. Είναι παρόμοιοι με τους αέριους γίγαντες πλανήτες από πολλές απόψεις (συμπεριλαμβανομένων των μεγεθών τους), αλλά παράγουν θερμότητα εσωτερικά, με πυρηνική σύντηξη δευτερίου. Έχοντας κατά νου την αποκοπή του καφέ-νάνου, τα φωτεινότερα αντικείμενα στο δείγμα μας είναι πιθανότατα πάνω από 13 μάζες Δία, αν ο Άνω Σκορπιός βρίσκεται στη μεγαλύτερη πλευρά ή κάτω από 13 μάζες Δία, αν η περιοχή βρίσκεται στη νεότερη πλευρά.
Με το δείγμα πλανητών που επιπλέουν ελεύθερα, μπορούμε για πρώτη φορά να αντιμετωπίσουμε το ερώτημα της προέλευσής τους. Αυτά τα αντικείμενα σχηματίστηκαν ως μικροσκοπικά αστέρια; Δεκαετίες μελετών έχουν βρει ότι τα αστέρια σχηματίζονται γενικά σύμφωνα με ένα μοτίβο στις μάζες τους, που όχι και τόσο ποιητικά ονομάζεται συνάρτηση αρχικής μάζας . Δοκιμάσαμε μια ποικιλία αρχικών συναρτήσεων μάζας και διαπιστώσαμε ότι καμία δεν μπορούσε να εξηγήσει την αφθονία των ελεύθερων πλανητών στον Άνω Σκορπιό. Κάποιος άλλος μηχανισμός πρέπει να παρήγαγε ένα μεγάλο μέρος των απατεώνων πλανητών που βρήκαμε.
Η πιο πιθανή εξήγηση είναι ότι πολλοί απατεώνες πλανήτες σχηματίστηκαν γύρω από άλλα αστέρια στον Άνω Σκορπιό, αλλά αργότερα εκτινάχθηκαν στο διαστρικό διάστημα. Γνωρίζουμε ότι οι δυναμικές αστάθειες σε συστήματα γιγάντιων πλανητών είναι βασικά καθολικές. Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή δείχνουν ότι κάθε αστάθεια οδηγεί σε βαρυτική σκέδαση πλανητών ο ένας από τον άλλο. Το πιο πιθανό αποτέλεσμα (που φαίνεται στο παρακάτω βίντεο) είναι ότι ένας ή περισσότεροι πλανήτες εκτινάσσονται εξ ολοκλήρου από το σύστημα, καταραμένοι να περάσουν το υπόλοιπο της ζωής τους ως απατεώνες.
Το δείγμα μας περιλαμβάνει μόνο τα τέρατα της δέσμης. Είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε μόνο πλανήτες που έχουν τουλάχιστον τέσσερις φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Δία (ο οποίος είναι ο ίδιος 300 φορές μεγαλύτερη από τη Γη). Υπάρχει σχεδόν σίγουρα ένας σωρός μικρότερων απατεώνων πλανητών που δεν μπορούμε ακόμη να ανιχνεύσουμε. Τα στατιστικά στοιχεία από το δείγμα των εξωπλανητών υποδηλώνουν ότι για κάθε τέσσερα αέρια μεγαθήρια μάζας του Δία, υπάρχουν 10 ή περισσότεροι πλανήτες μεγέθους Ποσειδώνα και τουλάχιστον άλλοι τόσοι πλανήτες στο μέγεθος της Γης. Μόνο στον Άνω Σκορπιό μπορεί να υπάρχουν χιλιάδες πλανήτες με γήινη μάζα που επιπλέουν ελεύθερα. Προεκτείνοντας τον γαλαξία ως σύνολο, αυτό συνεπάγεται έναν τεράστιο πληθυσμό αδίστακτων βραχωδών πλανητών.
Η κύρια πρόκληση για τη ζωή σε έναν απατεώνα κόσμο είναι η διατήρηση της ζεστασιάς. Ένας απατεώνας πλανήτης χρειάζεται μια θερμική κουβέρτα για να διατηρήσει την προηγούμενη εσωτερική του θερμότητα, ειδικά αν η ζωή απαιτεί νερό σε υγρή μορφή. Μια ατμόσφαιρα δέκα έως εκατό ράβδων μοριακού υδρογόνου ή στρώμα πάγου πάχους λίγων χιλιομέτρων μπορεί το καθένα να παρέχει αρκετή μόνωση για να διατηρεί το νερό σε υγρή μορφή για δισεκατομμύρια χρόνια. Η καλύτερη ελπίδα για ζωή χωρίς αστέρι μπορεί να είναι σε συστήματα μεγάλων φεγγαριών που περιστρέφονται γύρω από ελεύθερους γίγαντες αερίου. Γνωρίζουμε από τα φεγγάρια του Γαλιλαίου γύρω από τον Δία ότι η παλιρροιακή θέρμανση -που δημιουργείται από επαναλαμβανόμενη κάμψη από τη βαρύτητα του αέριου γίγαντα- μπορεί να επιμείνει για δισεκατομμύρια χρόνια και μπορεί να αντιπροσωπεύει την κύρια πηγή θερμότητας στο φεγγάρι ενός ελεύθερα πλανητικού πλανήτη. Μια τέτοια διάταξη είναι εύλογη από δύο διαφορετικές οπτικές γωνίες:Οι προσομοιώσεις έχουν δείξει ότι η εκτίναξη ενός γίγαντα αερίου από το οικιακό του σύστημα συχνά αφήνει ανέπαφα τα φεγγάρια του. Και αν οι απατεώνες αέριοι γίγαντες σχηματιστούν ως μίνι αστέρια, τότε μπορεί κάλλιστα να έχουν τους δικούς τους μειωμένους πρωτοπλανητικούς δίσκους στους οποίους θα μπορούσαν να σχηματιστούν πλανήτες και φεγγάρια.
Η μελέτη μας είναι μια πρώτη ματιά πίσω από την κοσμική κουρτίνα σε γίγαντες αερίου που έχουν εξαφανιστεί. Τα επόμενα χρόνια —με σαφέστερες και βαθύτερες παρατηρήσεις— ελπίζουμε να καταλάβουμε ακριβώς από πού προέρχονται αυτά τα ελεύθερα πλωτά άστρα και αν αντιπροσωπεύουν τα πιο γαριδαρισμένα αστέρια, τη βίαιη εκτίναξη των πλανητικών συστημάτων ή ίσως κάτι άλλο εντελώς.
Ο Sean Raymond είναι ένας Αμερικανός αστροφυσικός που εργάζεται στο Αστροφυσικό Εργαστήριο του Μπορντό στη Γαλλία. Γράφει επίσης ένα ιστολόγιο στη διεπαφή επιστημονικής και φαντασίας (planetplanet.net) και πρόσφατα δημοσίευσε ένα βιβλίο με ποιήματα αστρονομίας.
Η Nuria Miret-Moig είναι μεταδιδακτορική ερευνήτρια στην αστροφυσική και εργάζεται στη Βιέννη. Είναι η κύρια συγγραφέας στην επιστημονική εργασία που παρουσιάζει αυτά τα αποτελέσματα .
Ο Hervé Bouy είναι καθηγητής στο Αστροφυσικό Εργαστήριο του Μπορντό και επικεφαλής του έργου Cosmic-DANCE.
