Πρώτη οπτική φωτογραφία εξωπλανήτη που στρέφεται γύρω από κοντινό άστρο

Πηγή: Berkeley, 14 Νοεμβρίου 2008

Μετά από οκτώ χρόνια προσπαθειών για να πάρει φωτογραφίες από ένα κοντινό αστέρι με την ελπίδα να ανακαλύψει εξωπλανήτες, ο αστρονόμος Paul Kalas του πανεπιστημίου Berkeley τελικά πήρε το βραβείο του: το πρώτο στιγμιότυπο ενός πλανήτη εκτός του ηλιακού μας συστήματος στο ορατό φως.

Ας σημειωθεί ότι ο Paul Kalas είναι Ελληνικής καταγωγής. Ο ίδιος δήλωσε ότι η σημασία της ανακάλυψης είναι πολύ μεγάλη, γιατί είναι η πρώτη φορά εδώ και 162 χρόνια που κάποιος παρατήρησε απευθείας με οπτικό τηλεσκόπιο έναν καινούργιο γιγάντιο πλανήτη. Η τελευταία φορά που έγινε αυτό ήταν το 1846 με την ανακάλυψη του Ποσειδώνα.

Και συνεχίζει: «Η πρώτη φορά που τον είδα, ήταν πριν από 15 χρόνια όταν ήμουν φοιτητής. Από εκείνη την εποχή μέχρι σήμερα δεν έπαψα ποτέ να προσπαθώ να τον “ξετρυπώσω” και όταν κατάφερα για πρώτη φορά να τον φωτογραφίσω, παραλίγο να πάθω καρδιακή προσβολή!».

Ο έλληνας αστρονόμος, ο οποίος κατέχει τη φήμη του «πλανητοκυνηγού», είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας και επισκέπτης ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Κρήτης. Γεννήθηκε στη Νέα Υόρκη από γονείς που κατάγονταν από το Ηράκλειο Κρήτης και μετανάστευσαν στην Αμερική.

Ο πλανήτης αυτός - κατά πάσα πιθανότητα έχει περίπου τη μάζα του Δία - απέχει μόνο 25 έτη φωτός από τη Γη και στρέφεται γύρω από το άστρο Fomalhaut σε απόσταση περίπου τέσσερις φορές την απόσταση που έχει ο Ποσειδώνας από τον ήλιο. Επισήμως ο πλανήτης αυτός είναι γνωστός ως Fomalhaut b, και θα μπορούσε να έχει ένα σύστημα δακτυλίων κοντά στη διάσταση των πρώιμων δακτυλίων του Δία, προτού η σκόνη και τα συντρίμμια σχηματίσουν τα τέσσερα φεγγάρια του Γαλιλαίου.

Η εικόνα αυτή τραβήχτηκε το 2006 από το Hubble και παρουσιάζει τη ζώνη της σκόνης μαζί με υπολείμματα (το φωτεινό οβάλ σχήμα) που περιβάλλει το αστέρι Fomalhaut και τον πλανήτη (εντός του δεξιού κάτω πλαισίου). Ο πλανήτης έχει τροχιακή περίοδο  872 χρόνια και σμιλεύει με την κίνηση του το εσωτερικό άκρο της ζώνης. Με ένα στεμματογράφο μπλοκάρεται το φως του άστρου (κέντρο), το οποίο είναι 100 εκατομμύρια φορές φωτεινότερο από τον πλανήτη. 

Οι αστρονόμοι είχαν υποπτευθεί την ύπαρξη του πλανήτη το 2005, όταν ο Kalas έλαβε τις εικόνες με το Hubble που έδειξαν ότι υπάρχει ένα σαφώς καθορισμένο  εσωτερικό χείλος στη ζώνη της σκόνης γύρω από το άστρο Fomalhaut, στο νότιο αστερισμό Piscus Austrinus (Νότιος Ιχθύς).

Το έντονο χείλος (ακμή) και η ζώνη μακριά από το κέντρο έδειχναν στον αστρονόμο Kalas ότι υπήρχε εκεί ένας πλανήτης με μια ελλειπτική τροχιά γύρω από το αστέρι, όπως γίνεται και με τα φεγγάρια του Κρόνου που βρίσκονται στις άκρες των δακτυλίων.

"Η βαρύτητα του άστρου Fomalhaut b αποτελεί τον βασικό λόγο που η τεράστια ζώνη της σκόνης γύρω από το Fomalhaut έχει σχηματίσει ένα δαχτυλίδι και την έχει μετατοπίσει μακριά από το αστέρι," λέει ο Kalas. "Εμείς το προβλέψαμε από το 2005, και τώρα έχουμε την άμεση απόδειξη".

"Κάθε πλανήτης έχει μια χαοτική ζώνη, που είναι βασικά μια λωρίδα του διαστήματος που περικλείει την τροχιά του πλανήτη και από την οποία ο πλανήτης έχει διώξει όλα τα σωματίδια", λέει ο επικεφαλής της ανακοίνωσης Eugene Chiang.

"Η ζώνη αυτή αυξάνεται ανάλογα με την μάζα του πλανήτη, έτσι ώστε, λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος της χαοτικής ζώνης γύρω από το άστρο Fomalhaut b, να μπορούμε να εκτιμήσουμε σαν την πιο πιθανή μάζα του πλανήτη, κοντά σε αυτήν του Δία."

Ο Kalas έχει τώρα δύο φωτογραφίες του πλανήτη, που ελήφθησαν το 2004 και το 2006, που δείχνουν ότι ο πλανήτης έχει τροχιακή περίοδο 872 χρόνια, και βρίσκεται σε απόσταση 119 αστρονομικές μονάδες.

Λόγω της σχετικά χαμηλής μάζας του και της μακρινής τροχιάς του πλανήτη, δεν μπορούσε να ανιχνευθεί με την σημερινή στάνταρτ τεχνική, που είναι η μέτρηση του μικροσκοπικού 'λικνισμού' του άστρου που προκαλεί ένας πλανήτης του. Οι αστρονόμοι ελπίζουν να φωτογραφίσουν εξωπλανήτες ακολουθώντας μια διαφορετική προσέγγιση, να εξετάσουν με υπέρυθρες ακτίνες μικρά αστέρια με την ελπίδα να ανιχνεύσουν την θερμή λάμψη από τους παγωμένους πλανήτες.

Ωστόσο το άστρο Fomalhaut b δεν παρατηρήθηκε στο υπέρυθρο. Αντίθετα, ο Kalas πήρε φωτογραφίες στο ορατό φως, που για τους περισσότερους πλανήτες θα ήταν αδύνατο λόγω της λαμπρής λάμψης του αστέρα. Ακόμη και με τον στεμματογράφο του Hubble που μπορεί να μπλοκάρει το φως του αστεριού, ο νέος πλανήτης δεν θα είχε βρεθεί εάν ήταν πολύ πιο κοντά στο μητρικό του αστέρι, ή πολύ λιγότερο φωτεινός.

"Ο πλανήτης αυτός με τους δακτυλίους της σκόνης γύρω από το άστρο μπορεί να μας δείξει με τι έμοιαζε ο Δίας και ο Κρόνος, όταν το ηλιακό σύστημα ήταν περίπου εκατό εκατομμυρίων ετών μόνο. "

Ο Kalas σημειώνει ότι όλες οι άλλες εικόνες των εξωπλανητών είτε δεν έχουν επιβεβαιωθεί είτε έχουν μάζες τόσο αβέβαιες που θα μπορούσαν να είναι καφέ νάνοι, που είναι αποτυχημένα αστέρια με μάζες πάνω από 13 φορές τη μάζα του Δία και που έχουν λαμπρή λάμψη στο υπέρυθρο.

Η επιστημονική ομάδα του Fomalhaut, από την άλλη πλευρά, δεν χρησιμοποίησε μόνο την παρατηρούμενη φωτεινότητα του πλανήτη Fomalhaut b για να εκτιμήσει τη μάζα του, αλλά και το γεγονός ότι ένας μεγάλος πλανήτης ή ένας καφέ νάνος θα έσπρωχνε τη ζώνη της σκόνης του Fomalhaut πολύ πιο μακριά από αυτή που παρατηρήθηκε.

"Με οποιαδήποτε μεγαλύτερη μάζα από αυτή που βρήκαμε για τον πλανήτη, η βαρύτητα του θα κατέστρεφε τη μεγάλη ζώνη της σκόνης που κυκλώνει το αστέρι," είπε ο Kalas.

Η ζώνη της σκόνης που εκτείνεται από 133 έως περίπου 200 AU από τον αστέρα, εκτιμάται πως θα έχει μάζα που υπερβαίνει το τριπλάσιο της μάζας της Γης.

Είναι δε τόσο πολλά τα υλικά που άνετα θα αποτελούσε τη βάση ενός πυρήνα για έναν πλανήτη σαν τον Δία. 

Το άστρο Fomalhaut είναι περίπου 200 εκατομμυρίων ετών και θα κάψει τα υλικά του σε περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια, γεγονός που το καθιστά βραχύβιο σε σύγκριση με το αστέρι μας, που είναι σήμερα περίπου 4,5 δισ. ετών, και αναμένεται να κάψει όλα του τα καύσιμα σε 5 δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα.

Η σύντομη ζωή του οφείλεται στην μεγάλη λαμπρότητα του, 16 φορές σαν του ήλιου, γι αυτό και από τον εξωπλανήτη το αστέρι φαίνεται τόσο λαμπρό όσο 4 ήλιοι από τον Ποσειδώνα, παρά το γεγονός ότι βρίσκεται τέσσερις φορές πιο μακριά από το μητρικό του άστρο,  από όσο ο Ποσειδώνας από τον ήλιο.

Οι ερευνητές αναμένουν την επισκευή της Προηγμένης Κάμερας του Hubble καθώς και Κάμερας στο Εγγύς υπέρυθρο για να επαναλάβουν τις παρατηρήσεις τους για να επιβεβαιώσουν την τροχιά του πλανήτη, και για να ανακαλύψουν την πηγή της ασυνήθιστης φωτεινότητας του στο ορατό φως, και ίσως βρούνε κι άλλους πλανήτες.

Τέλος, σε μια ξεχωριστή μελέτη, επιστήμονες εντόπισαν και φωτογράφισαν σύστημα τριών πλανητών που περιστρέφονται γύρω από ένα άστρο, στον αστερισμό του Πήγασου. Σύμφωνα με θεωρητικά μοντέλα, το μέγεθος τους κυμαίνεται από 5 μέχρι 13 φορές τη μάζα του Δία, ενώ η ηλικία τους υπολογίζεται στα 60 εκατομμύρια χρόνια.

Εικόνα στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος από το τηλεσκόπιο Gemini North δυο εξωπλανητών γύρω από το άστρο τους.

Η δεύτερη αυτή ομάδα εντόπισε και φωτογράφισε το σύστημα, χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια «Κeck» και «Gemini», τα οποία είναι τοποθετημένα στις βουνοκορφές της Χαβάη. Οι πλανήτες αυτοί σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των επιστημόνων, πρόκειται για πλανήτες-βρέφη, αφού η ηλικία τους δεν ξεπερνάει τα 60 εκατ. έτη. Το μητρικό άστρο είναι το HR 8799 και απέχει 130 έτη φωτός από την Γη.

"Ήταν ένα περίεργο αίσθημα όταν καταφέραμε να τους εντοπίσουμε και να τους φωτογραφίσουμε. Θα μπορούσα να πω ότι θυμίζει μια κατάσταση σαν αυτή που περιμένεις το λεωφορείο σε μια στάση για πολύ ώρα χωρίς να περνάει κανένα και ξαφνικά εμφανίζονται όλα μαζί", δήλωσε ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Εξετερ και μέλος της ερευνητικής ομάδας.