Τα δυαδικά αστέρια περιπλέκουν την αναζήτηση πλανητών

Πηγή: Space.com, 17 Μαΐου 2005

Επειδή περισσότερα από τα μισά άστρα στο Γαλαξία μας έχουν έναν αστρικό συνοδό - τα λεγόμενα δυαδικά συστήματα -  μια θεωρητική έρευνα ερευνά την πιθανότητα να υπάρχουν πλανήτες που να περιστρέφονται γύρω από δύο ήλιους.

Έτσι φαντάστηκε ένας ζωγράφος δύο άστρα σε ένα δυαδικό σύστημα. όπως φαίνονται από την επιφάνεια ενός κοντινού πλανήτη. Τα άστρα βρίσκονται σε τροχιά πολύ κοντά το ένα με το άλλο, έτσι ώστε τα σχήματά τους να είναι παραμορφωμένα λόγω βαρυτικών επιδράσεων.

Από τους 150 περίπου γνωστούς εξωηλιακούς πλανήτες (κανένας τους όμως δεν μοιάζει με τη Γη), σχεδόν οι 20 βρίσκονται γύρω από τα δυαδικά συστήματα. Το ποσοστό αυτό μπορεί όμως να γίνει και μεγαλύτερο. Η σημερινή αναλογία επηρεάζεται από μια παρατηρητική προκατάληψη: Οι κυνηγοί των πλανητών αποφεύγουν συνήθως τα δυαδικά, επειδή οι αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα δύο άστρα μπορούν να κρύψουν τα ίχνη των πλανητών. 

Οι επιστήμονες συζήτησαν το ζήτημα αυτό σε ένα συνέδριο των ειδικών που ψάχνουν εξωηλιακούς πλανήτες στο Επιστημονικό Ίδρυμα Διαστημικών Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη.

"Πριν μερικά χρόνια, θεωρήθηκε ότι τα δυαδικά ήταν μια πολύ κακή περιοχή για να ψάχνει κάποιος πλανήτες", λέει ο Michel Mayor του Παρατηρητηρίου της Γενεύης. "Έτσι αποβάλαμε προσεκτικά όλα τα δυαδικά αστέρια από το δείγμα μας".

Αλλά οι πλανήτες μπορούν να είναι εξίσου πιθανοί και γύρω από τα δυαδικά άστρα, όπως και γύρω από τα μοναχικά αστέρια. Οι πρόσφατες προσομοιώσεις έχουν δείξει ότι οι πλανήτες σαν τη Γη ή επίγειοι πλανήτες, σχηματίζονται εύκολα στα συστήματα με δύο άστρα.

"Το σημαντικότερο πράγμα που βρήκαμε είναι ότι ότι οι επίγειοι πλανήτες γύρω από ορισμένα δυαδικά άστρα - σε κοντινή ή μακρινή απόσταση μεταξύ τους - μπορούν να μοιάζουν σαν τους πλανήτες γύρω από ένα μοναχικό αστέρι", τονίζει ο Jack Lissauer του ερευνητικού κέντρου Ames της NASA.

Τα άστρα που είναι σε μακρινή απόσταση, μπορεί να απέχουν αρκετές αστρονομικές μονάδες (Au), που είναι η απόσταση μεταξύ του ήλιου και της γης. Οι πλανήτες θα μπορούσαν να στρέφονται γύρω από το ένα άστρο, ή και στα δύο χωριστά. Μέχρι τώρα, όλα τα αστρικά δυαδικά συστήματα με εξωηλιακούς πλανήτες βρίσκονται μακριά μεταξύ τους.

Αλλά τα δυαδικά, όπου τα αστέρια απέχουν λιγότερο από μία Au, μπορούν ενδεχομένως να έχουν πλανήτες σε τροχιά γύρω και από τα δύο αστέρια. Αυτοί οι πλανήτες, εντούτοις, θα είναι πολύ πιο δύσκολο να ανιχνευτούν.

Ο Lissauer και οι συνεργάτες του έχουν εξερευνήσει ποια συστήματα δυαδικών άστρων είναι ευνοϊκά για το σχηματισμό πλανητών. Αυτά τα όρια θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα στις μελλοντικές αναζητήσεις πλανητών.

Οι προσομοιώσεις ανοίγουν το δρόμο

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μοντέλα υπολογιστών που αρχίζουν με 14 μεγάλους πλανήτες "έμβρυα" και 140 μικρότερους πλανήτες (planetesimals) σε τροχιά γύρω από ένα άστρο ή σε δύο άστρα ενός δυαδικού συστήματος. Η εξέλιξη αυτού του υλικού επηρεάζεται από τη βαρύτητα και τις συγκρούσεις. Τα μοντέλα παρακολουθούνται για ένα διάστημα ισοδύναμο περίπου με 1 δισεκατομμύριο έτη.

"Όλες οι προσομοιώσεις μας ήταν σε θέση να διαμορφώσουν επίγειους πλανήτες", αναφέρει η ερευνήτρια του Ames Elisa Quintana, η οποία παρουσίασε αυτά τα αποτελέσματα στο συμπόσιο.

Όμως δεν παράγουν όλα τα μοντέλα πλανήτες σε απόσταση 1 Au γύρω από τα άστρα, κάτι που συχνά θεωρείται ότι είναι η πιο πιθανή κατοικήσιμη ζώνη για να υπάρχει ζωή. Η  Quintana τροποποίησε το μοντέλο ώστε τα δύο αστέρια να περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο, για να δει τι απαιτείται για να υπάρχει ένας σταθερός πλανήτης σε τροχιά και σε απόσταση 1 Au. 

Για τα δυαδικά σε μεγάλες αποστάσεις, η προσομοίωση έδειξε ότι διαμορφώθηκαν πλανήτες σαν τη Γη, μόνο εφ' όσον τα δύο αστέρια ήταν σε μεγαλύτερη απόσταση από 7 Au. Η Quintana ανέφερε ότι περίπου στο 50 τοις εκατό των γνωστών δυαδικών συναντούμε αυτόν τον περιορισμό. 

Η ερευνητική ομάδα έτρεξε επίσης προσομοιώσεις που μιμήθηκαν το άστρο Άλφα του Κενταύρου - το κοντινότερο δυαδικό σύστημα στη Γη, όπου το πιο κοντινό από δύο αστέρια βρίσκεται σε 11 Au. Το δευτερεύον άστρο δρα προφανώς σαν τον Δία, που είναι στο ηλιακό σύστημα μας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αρκετοί σαν τη Γη (επίγειοι) πλανήτες ήταν δυνατόν να στρέφονται γύρω από κάθε άστρο.

Όμως ακόμα δεν έχουν φανεί πλανήτες στο  σύστημα Άλφα του Κενταύρου, αλλά πλανήτες με μικρή μάζα δεν μπορούν ακόμα να αποκλειστούν.

Για τα δυαδικά σε μικρή απόσταση, εάν τα δύο αστέρια απέχουν περίπου 0,1 Au, οι πλανήτες που σχηματίστηκαν στην προσομοίωση, είναι όμοιοι με εκείνους που φαίνονται στις προσομοιώσεις με ένα μόνο αστέρι. Αλλά καθώς αυτή η απόσταση αυξάνεται, ή η τροχιά γίνεται ιδιαίτερα μη-κυκλική και είναι δυσκολότερο να υπάρξουν πλανήτες σαν τη Γη.

"Οι διαταραχές από τις αστρικές κινήσεις μπορούν να εκτινάξουν την ύλη των πλανητών στο διάστημα ή σε ένα από τα αστέρια", τονίζει η Quintana.

Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μπορούν να πουν στους παρατηρητές ποια δυαδικά μπορεί να είναι καλύτεροι στόχοι για τα τηλεσκόπιά τους.

Παρατηρητικά εμπόδια

Αποτέλεσμα όλων αυτών των προσομοιώσεων είναι ότι δεν θα είναι εύκολο να παρατηρηθεί ένας πλανήτης γύρω από ένα δυαδικό σύστημα, ειδικά σε εκείνα όπου τα αστέρια είναι το ένα κοντά στο άλλο. Ως γνωστόν οι περισσότεροι πλανήτες έχουν βρεθεί με την τεχνική της ακτινικής ταχύτητας, στις μετατοπίσεις Doppler στα φάσματα των αστεριών.

Ένας εναλλακτικός τρόπος για να ανακαλύψουμε πλανήτες είναι να παρατηρήσουμε για μια έκλειψη, ή διέλευση, ενός πλανήτη μπροστά από ένα άστρο. Ο Lissauer λέει ότι με τις αναζητήσεις διελεύσεων θα μπορούσαμε ενδεχομένως να ανακαλύψουμε πλανήτες γύρω από τα κοντινά δυαδικά συστήματα, αλλά "υπάρχουν περιπλοκές".

Όμως η έκλειψη ενός αστεριού δεν είναι και τόσο αξιοπρόσεχτη. Επίσης, οι έρευνες για την διέλευση προσπαθούν να δουν κάποιες εξασθενίσεις στο φως και ακολούθως να ξαναγίνεται φωτεινό ένα άστρο. Εάν υπάρχουν δύο αστέρια σε μια κοντινή τροχιά, τότε απαιτούνται ιδιαίτεροι υπολογισμοί.

Αλλά υπάρχουν καταστάσεις όπου ένα δυαδικό σύστημα πρόσφερε ένα πλεονέκτημα για την ανίχνευση πλανητών. Εάν τα δύο άστρα κάνουν έκλειψη το ένα με το άλλο, τότε ένας πλανήτης θα μπορούσε να αλλάξει το συγχρονισμό αυτής της έκλειψης.

"Εάν ο συγχρονισμός των εκλείψεων δεν είναι περιοδικός, ίσως τότε υπεύθυνος να είναι ένας πλανήτης", τονίζει ο Lissauer.

Εκτός από την πιθανότητα του συγχρονισμού διέλευσης, η έκλειψη βοηθάει την ανακάλυψη πλανητών - εάν υπάρχουν βέβαια - επειδή θα βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο η τροχιά τους με με τα δύο αστέρια. Αυτός σημαίνει ότι οι πλανήτες θα προκαλέσουν επίσης έκλειψη κάποια στιγμή στα αστέρια.

Με ποια μέθοδο είναι πιθανόν να ανιχνευτούν οι πρώτοι πλανήτες σε δύο άστρα λέει ότι δεν το ξέρει ο Lissauer.

"Οι προβλέψεις είναι δυσνόητες επειδή σχετίζονται με το μέλλον", αστειεύτηκε.