Ένας αρχαίος πλανήτης

Από σελίδα της NASA, 10 Ιουλίου 2003

Κάπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν σε ένα απόμακρο σμήνος αστεριών, σχηματίστηκε ένας πλανήτης. Και το εντυπωσιακότερο είναι ότι βρίσκεται ακόμα εκεί, σύμφωνα με τα στοιχεία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

Πολύ πριν από τον Ήλιο και τη Γη μας υπήρχε, ένας πλανήτης της τάξεως του Δία, που σχηματίστηκε γύρω από ένα άστρο σαν τον ήλιο. Τώρα, σχεδόν 13 δισεκατομμύρια χρόνια μετά, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA μέτρησε ακριβώς τη μάζα αυτού του πολύ μακρινού και παλαιότερου γνωστού πλανήτη.

Ο αρχαίος πλανήτης είχε μια αξιοπρόσεκτη ιστορία, επειδή έχει βρεθεί σε μια απίθανη, δύσκολη γειτονιά. Βρίσκεται σε τροχιά σε ένα ιδιαίτερο ζεύγος παλαιών άστρων στον πυρήνα ενός σφαιρωτού σμήνους αστεριών.

Τα νέα ευρήματα του Hubble κλείνουν μια δεκαετία συλλογισμών και συζήτησης ως προς την αληθινή φύση αυτού του αρχαίου πλανήτη, ο οποίος χρειάζεται έναν αιώνα για να ολοκληρώσει την κάθε του τροχιά. Ο πλανήτης έχει μάζα 2.5 φορές τη μάζα του Δία. Η ίδια η ύπαρξή του παρέχει στους αστρονόμους καταπληκτικά στοιχεία για τους πρώτους πλανήτες, που σχηματίστηκαν πολύ γρήγορα, ένα δισεκατομμύριο έτη από το Big Bang. Αυτό βοηθάει τους αστρονόμους να συμπεράνουν ότι οι πλανήτες μπορούν να βρίσκονται σε μεγάλη αφθονία στον Κόσμο.

Ο πλανήτης αυτός βρίσκεται κοντά στον πυρήνα του αρχαίου σφαιρωτού σμήνους αστεριών M4, που είναι τοποθετημένος 5.600 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Σκορπιού. Τα σφαιρωτά σμήνη έχουν μικρές ποσότητες βαρύτερων στοιχείων, επειδή σχηματίστηκαν πολύ νωρίς στο Σύμπαν και τότε τα βαρύτερα στοιχεία δεν είχαν ακόμη φτιαχτεί μέσα στους 'πυρηνικούς κλιβάνους' των αστεριών. 

Κάποιοι αστρονόμοι επομένως έχουν υποστηρίξει ότι τα σφαιρωτά σμήνη δεν μπορούν να περιέχουν πλανήτες, επειδή οι πλανήτες φτιάχνονται συχνά από τέτοια βαριά στοιχεία. Αυτό το συμπέρασμα υποστηρίχτηκε φαινομενικά το 1999, όταν ο Hubble απέτυχε να βρει πλανήτες, σαν τον Δία, σε τροχιά γύρω από αστέρια του σφαιρωτού σμήνους 47 Tucanae. Τώρα, φαίνεται ότι τότε οι αστρονόμοι κοίταζαν σε λανθασμένη θέση, και οι αέριοι γίγαντες πλανήτες, που είναι σε τροχιά σε μεγαλύτερες αποστάσεις από τα αστέρια τους, θα μπορούσαν να είναι κοινοί στα σφαιρωτά σμήνη.

"Οι μετρήσεις του Hubble μας προσφέρουν αποδείξεις ότι οι διαδικασίες σχηματισμού πλανητών είναι αρκετά αποδοτικές ακόμη και με τη χρησιμοποίηση ενός μικρού ποσού βαρύτερων στοιχείων. Αυτό υπονοεί ότι ο σχηματισμός των πλανητών συνέβη πολύ νωρίς στον Κόσμο", λέει ο Steinn Sigurdsson του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας.

"Αυτό είναι παρά πολύ ενθαρρυντικό στοιχείο ότι οι πλανήτες είναι πιθανώς άφθονοι στα σφαιρωτά σμήνη των αστεριών", συμφωνεί ο Harvey Richer του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολούμπια (UBC) στο Βανκούβερ. Αυτός βασίζει αυτό το συμπέρασμα στο γεγονός ότι ένας πλανήτης αποκαλύφθηκε σε μια τέτοια απίθανη θέση. Ο πλανήτης είναι σε τροχιά γύρω από δύο αστέρια, ένα λευκό νάνο αστέρι και ένα πολύ γρήγορα περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων, κοντά στον πυρήνα ενός σμήνους. Σε μια τέτοια θέση, τα εύθραυστα πλανητικά συστήματα τείνουν να διασχιστούν, διαλυθούν, κάτι που οφείλεται στις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με τα γειτονικά αστέρια.

Η ιστορία της ανακάλυψης αυτού του πλανήτη άρχισε το 1988, όταν ανακαλύφθηκε το πάλσαρ PSR B1620-26, στο σμήνος M4. Είναι ένα αστέρι νετρονίων που περιστρέφεται κάτι λιγότερο από 100 φορές το δευτερόλεπτο, εκπέμποντας κανονικούς ραδιοπαλμούς, όπως οι λάμψεις των φάρων. Ο λευκός νάνος βρέθηκε γρήγορα μέσω της επίδρασής του πάνω στη συχνότητα του πάλσαρ, δεδομένου ότι τα δύο αστέρια ολοκληρώνουν την περιστροφή τους, το ένα στο άλλο, σε έξι μήνες. Κάποτε, λίγο αργότερα, οι αστρονόμοι παρατήρησαν κι άλλες παρατυπίες του πάλσαρ, κάτι που τους έκανε να σκεφτούν ότι ένα τρίτο αντικείμενο ήταν σε τροχιά και στα δύο. Αυτό το νέο αντικείμενο θεωρήθηκε ότι είναι ένας πλανήτης, αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι ένας καφές νάνος ή ένα αστέρι μικρής μάζας. Η συζήτηση πάνω στην αληθινή ταυτότητά του αντικειμένου συνεχίστηκε σε όλη τη δεκαετία του '90.

Ο Sigurdsson, ο Richer, και οι συνεργάτες τους τους άνοιξαν συζήτηση για το πως μπορούσαν να μετρήσουν την πραγματική μάζα του πλανήτη. Αυτοί είχαν τα στοιχεία του Hubble, από τα μέσα της δεκαετίας του '90, που λήφθηκαν από τη μελέτη στους λευκούς νάνους του M4. Από τη λεπτομερή μελέτη αυτών των παρατηρήσεων, ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν το λευκό νάνο που ήταν σε τροχιά γύρω από το πάλσαρ και να μετρήσουν το χρώμα και τη θερμοκρασία του. Χρησιμοποιώντας εξελικτικά μοντέλα υπολογιστών του Brad Hansen, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες, οι αστρονόμοι υπολόγισαν τη μάζα του λευκού νάνου.

Αυτή η μάζα στη συνέχεια συγκρίθηκε με το ρυθμό της ταλάντευσης στο σήμα του πάλσαρ, κάτι που επέτρεψε στην ομάδα να υπολογίσει την κλίση της τροχιάς του λευκού νάνου όπως φαίνεται από τη Γη. Όταν συνδυάστηκε με τις ραδιομελέτες του παλλόμενου αστέρα νετρονίων, αυτό το κρίσιμο κομμάτι των στοιχείων τους έδειξε επίσης και την κλίση της τροχιάς του πλανήτη και επιτέλους θα ήταν γνωστή η ακριβής μάζα  του πλανήτη. 

Με μια μάζα 2,5 φορές του Δία, το αντικείμενο είναι επίσης μικρό για να είναι άστρο ή καφές νάνος και έτσι πρέπει να είναι ένας πλανήτης. Ο πλανήτης είναι πιθανώς αέριος γίγαντας χωρίς στερεά βραχώδη επιφάνεια όπως η Γη.