Kako se je Zemlja razvila iz oceana magme v živahen modri dragulj, ki podpira življenje? V svojih zgodnjih letih je bila Zemlja vroča krogla magme. Zdaj, 4,5 milijarde let pozneje, je komaj prepoznaven.
Ali je mogoče najti eksoplanete tam zunaj v velikem prostranstvu, ki so mlade staljene krogle, podobno kot je bila mlada Zemlja? Koliko jih lahko pričakujemo, da jih bomo našli? Kje jih bomo našli?
Novo delo skupine raziskovalcev na univerzi Sheffield v Veliki Britaniji je izboljšalo iskanje teh mladih staljenih planetov.
To novo raziskavo je vodil dr. Richard Parker z univerzitetnega oddelka za fiziko in astronomijo. Članek ima naslov » Odkrivanje eksoplanetov in njegova odvisnost od stohastičnega vzorčenja začetne funkcije mase zvezd. « Objavljeno je v The Astrophysical Journal.
Imenujejo se mladi staljeni planeti, podobni zelo zgodnji Zemlji oceanskih planetov magme . Zelo zgodaj v zgodovini teh planetov razpad radioaktivnih elementov zagotavlja toploto. Sčasoma velikanski udarci drugih planetezimalov pomagajo planetu pridobiti maso in ustvariti velikanske oceane magme. S preučevanjem teh planetov avtorji pravijo, da bomo bolje razumeli, kako nastajajo bivalni planeti, kot je Zemlja.
Umetnikova ilustracija Zemlje, kmalu po nastanku. V svojih zgodnjih dneh je bila Zemlja izpostavljena ponavljajočim se velikanskim udarcem, od katerih je vsak ustvaril ocean magme in za nekaj časa segrel planet. Znanstveniki lahko uporabijo toploto teh udarcev za pomoč pri odkrivanju drugih planetov magme v povojih. Zasluge: NASA
Ko gre za odkrivanje, imajo ti oceanski planeti magme eno stvar znanstveniku v prid: toploto. Ti mladi planeti so veliko bolj vroči od starejših skalnatih planetov in jih ohranjajo vroči trki z drugimi planetezimali v mladih, kaotičnih sončnih sistemih, kjer prebivajo.
'Te oceanske planete magme je lažje zaznati v bližini zvezd, kot je Sonce, ki so dvakrat težje od povprečne zvezde mase,' je dejal Parker v izjava za javnost . 'Ti planeti oddajajo toliko toplote, da bomo lahko opazovali njihov sijaj z uporabo naslednje generacije infrardečih teleskopov.'
Ekipa je preučevala skupine mladih zvezd v Rimski cesti, da bi poskušala ugotoviti, ali določene vrste zvezd vodijo do teh vrst planetov. Našli so več soncu podobnih zvezd, kot so pričakovali. Od tam so sklepali, da je večje število Soncu podobnih zvezd povečalo možnosti, da bi okoli teh zvezd našli več mladih planetov, podobnih Zemlji.
'Lokacije, kjer bi našli te planete, so tako imenovane 'mlade gibljive skupine', ki so skupine mladih zvezd, ki so stare manj kot 100 milijonov let - kar je mlado za zvezdo,' je dejal Parker. Ker so mladi, obstaja večja možnost, da najdejo tudi mlade oceanske planete magme okoli njih.
Umetniška ilustracija Beta Pictoris, naslovne zvezde skupine Beta Pictoris Moving Group. Glede na to novo študijo obstaja 0,75-odstotna možnost za odkrivanje mladega oceanskega planeta magme okoli te vrste zvezde v tej skupini. Ta umetnikov vtis kaže, kako se lahko pojavi eksoplanet okoli te zvezde. Zasluge: ESO/L. Calçada
'Vendar običajno vsebujejo le nekaj deset zvezd vsaka in prej je bilo težko ugotoviti, ali smo našli vse zvezde v vsaki skupini, ker se zlijejo v ozadje galaksije Rimske ceste,' je pojasnil Parker.
To je bila pomembna ovira za to vrstico preiskave. Tam je ESA Vesoljski teleskop Gaia pride noter
Gaia katalogizira reprezentativen vzorec zvezd v Rimski cesti – od tega jih je približno ena milijarda – z izjemno natančnostjo. Iz teh podatkov Gaia ustvarja nekakšen zvezdni popis, 3D zemljevid naše galaksije, ki nam bo povedal veliko o njeni sestavi, nastanku in evoluciji. Gaiine zmogljivosti so Parkerju in njegovim soraziskovalcem omogočile napredek.
'Opazovanja s teleskopa Gaia so nam pomagala najti veliko več zvezd v teh skupinah, kar nam je omogočilo izvedbo te študije.'
Podatki iz vesoljskega plovila Gaia ESA so bili pomemben del te študije. Ta slika je Gaiin prvi nebesni zemljevid. Zasluge: ESA/Gaia/DPAC. Zahvala: A. Moitinho & M. Barros (CENTRA – Univerza v Lizboni), v imenu DPAC.
Delo temelji na konceptu zvezdnika Začetna masna funkcija (IMF). IMF opisuje količino začetne mase, ki je na voljo za nastanek zvezd, v tem primeru znotraj Mlade selitvene skupine (YMG). Ker pa YMG vsebujejo majhno število zvezd, vzorčenje njihovega IMF pomeni, da bi lahko prišlo do velike variabilnosti njihove zvezdne populacije.
Vzorčenje YMG, ki ga je izvedla ekipa IMF, je pokazalo, da je v nekaterih skupinah primanjkovalo M-pritlikavk, sicer znanih kot rdeči palčki. Od tam so sklenili, da je verjetnost odkrivanja oceanskih planetov magme, kot je mlada Zemlja, močno odvisna od 'natančnega števila zvezd, proizvedenih s stohastičnim vzorčenjem IMF', kot pišejo v svojem prispevku.
Umetnikov vtis sistema eksoplanetov, ki krožijo okoli zvezde rdeče pritlikave nizke mase. Ker je oceanske planete magme težje odkriti okoli rdečih pritlikavk, število rdečih pritlikavk v vsaki mladi gibljivi skupini vpliva na verjetnost, da se v teh skupinah najdejo planeti oceana magme. Zasluge: NASA/JPL
To je nekoliko gosto in morda celo zapleteno. Kako vse to prispeva k iskanju več oceanskih planetov magme, podobnih mladi Zemlji?
Ključ je v vzorčenju MDS in v besedi inicial. IMF je meritev mase, porazdeljene med skupino zvezd, v tem primeru Mlade gibljive skupine. To ni opis dejanske mase v skupini zvezd, ker se zvezde razvijajo drugače. To je p funkcija porazdelitve robability .
Od tam je »odkrivanje zemeljskih oceanskih planetov magme močno odvisno od natančnega števila zvezd, ki nastanejo s stohastičnim vzorčenjem IMF,« pišejo avtorji. Ekipa je vzorčila IMF galaktičnega polja in ga primerjala z IMF 10 ločenih mladih gibljivih skupin, zbirk mladih zvezd, kjer so pričakovali, da bodo našli mlade zemeljske oceanske planete magme.
Ta številka iz študije navaja 10 mladih gibljivih skupin, njihovo starost, razdalje in opazovano število vsake vrste zvezde v vsaki skupini. Zasluge slike: Bottrill et all, 2020.
S temi podatki je ekipa izračunala verjetnosti iskanja oceanskih planetov magme v treh YMG s prihodnjimi teleskopi in instrumenti. Oceanske planete magme zazna njihova toplota, ki naraste po velikanskem trku v protoplanetarnih diskih. Trije YMG so bili Beta Pictoris, TW Hydrae in Eta Chamaeoleontis.
Ta slika iz študije prikazuje tri mlade gibljive skupine in vrste zvezd v vsaki. Nato pokaže število velikanskih udarcev, pričakovanih v protoplanetarnem disku, nato verjetnost zaznavanja tistih z ELT. Četrti stolpec prikazuje pričakovano zaznavanje velikanskih udarcev z ELT, peti stolpec pa kaže, koliko časa bi bilo mogoče zaznati toploto teh udarcev na planet oceanske magme.
Ekipa je prišla do treh zaključkov:
- Osem od desetih vzorčnih YMG je imelo pomanjkanje M-zvezd (rdečih pritlikavk) v primerjavi z galaktičnim poljem IMF.
- Sedem od YMG gosti tudi več A-zvezd, šest pa več G-zvezd, kot bi pričakovali v primerjavi z galaktičnim poljem IMF. To pomeni večjo verjetnost odkrivanja oceanskih planetov magme, saj je to lažje narediti okoli teh vrst zvezd kot okoli M-zvezd.
- Vzorčenje MDS v Young Moving Groups je povzročilo širjenje pričakovanega števila zvezd, ki gostijo planet. To pomeni, da bo tudi pri YMG podobnih mas in na podobnih razdaljah verjetnost odkrivanja oceanskih planetov magme različna.
Preprosto, kajne?
To delo je namenjeno iskanju mladih zemelj, torej drugih planetov, ki so zdaj planeti oceanov magme in se bodo sčasoma ohladili. Te planete je lažje zaznati kot druge planete, ker oddajajo toliko toplote. In ta vročina naraste po velikanskem trku med mladim planetom in drugim planetezimalom v protoplanetarnem disku. To je kot izhodišče za razumevanje, koliko oceanskih planetov magme nastane, kakšne so verjetnosti in okoli katerih vrst zvezd.
V prihodnosti ekipa upa, da bo s podrobnimi računalniškimi simulacijami razložila izvor samih YMG. Pravijo, da bodo njihove raziskave tudi znanstvenikom pomagale razumeti, kako univerzalno je nastajanje zvezd.
Kot številne študije je to zanimivo izhodišče za prihodnje delo. Raziskovalcem pomaga razmišljati o tem, kakšna opazovanja bodo možna s prihodnjimi teleskopi, in znanstvenih raziskavah, ki jih bodo lahko izvajali. V tem primeru daje nekaj napotkov, kje in kako iskati druge, mlajše, Zemlje.
Več:
- Izjava za javnost: Možnosti za iskanje mladih planetov, podobnih Zemlji, so višje, kot so mislili prej, pravijo znanstveniki iz Sheffielda
- Raziskovalna naloga: Odkrivanje eksoplanetov in njegova odvisnost od stohastičnega vzorčenja začetne funkcije mase zvezd
- Vesolje danes: Brez vpliva, ki je oblikoval Luno, morda ne bi imeli življenja na Zemlji