Βρέφη πλανήτες σαν τον Δία σχηματίζονται γρήγορα προτού εξαντληθούν τα υλικά

Πηγή: Discover, 8 Ιανουαρίου 2009

Τα άστρα σχηματίζονται από νέφη αερίου και σκόνης που καταρρέουν σε δίσκους - τους πρωτοπλανητικούς δίσκους. Το άστρο μετά τοποθετείται στο κέντρο αυτού του δίσκου και οι πλανήτες σχηματίζονται λόγο πιο έξω. Έχουμε έγκυρα παραδείγματα αυτού του τρόπου σχηματισμού χάρις στα διαστημικά τηλεσκόπια.

Όμως, οι αστρονόμοι εδώ και καιρό είχαν το εξής ερώτημα γι αυτό το ζήτημα: πόσο χρόνο χρειάζεται για να σχηματιστούν οι πλανήτες;

Τελικά δόθηκε η απάντηση. Οι αστρικοί άνεμοι απομακρύνουν μακριά το αέριο του δίσκου μόλις σχηματιστούν, οπότε στο σημείο αυτό έχουν ήδη σχηματιστεί οι γίγαντες αέριοι πλανήτες. Γιατί δεν υπάρχει άλλο υλικό (αφού απομακρύνεται με τους αστρικούς ανέμους) για να συσσωρευτεί πάνω τους, ώστε να αναπτυχθούν κι άλλο. 

Η εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer δείχνει νεαρά άστρα του σμήνους NGC 2362. Μελετώντας τα, οι αστρονόμοι βρήκαν πως ο σχηματισμός των γιγαντιαίων πλανητών αερίου συμβαίνει πολύ γρήγορα, σε λιγότερο από 5 εκατομμύρια χρόνια, που σημαίνει ότι οι κόσμοι σαν τον Δία βιώνουν την ανάπτυξη τους από τα σπάργανα.

Τώρα έχουμε μια ιδέα τι συμβαίνει!

Αστρονόμοι παρατήρησαν το μικρό αστρικό σμήνος NGC 2362, γνωστό από προηγούμενες παρατηρήσεις ότι είναι ηλικίας περίπου 5 εκατομμυρίων ετών. Αυτό που διαπιστώθηκε είναι πολύ σημαντικό: αστέρια με μάζα σαν του Ήλιου ή και μεγαλύτερα δεν έχουν τους μεγάλους πρωτοπλανητικούς δίσκους τους πια, και μόνο λίγα με μικρότερη μάζα εξακολουθούν να έχουν αυτούς τους δίσκους.

Όμως οι υπέρυθρες παρατηρήσεις του Spitzer δείχνουν ότι οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι στο σμήνος NGC 2362 είχαν σχεδόν εξαφανιστεί γύρω από όλα τα αστέρια του συμπλέγματος εκτός από εκείνους με τη μικρότερη μάζα. Συνεπώς, αυτό σημαίνει ότι από τη στιγμή που ένα άστρο, σαν τον Ήλιο, φτάνει στα 5 εκατομμύρια χρόνια, τότε η πρώτη ύλη για το σχηματισμό των γιγαντιαίων πλανητών φεύγει.

Αν υποτεθεί ότι ο Ήλιος και τα περισσότερα αστέρια σχηματίζονται υπό παρόμοιες συνθήκες, δημιουργείται ένα ανώτατο όριο για το πόσο γρήγορα οι γίγαντες αέριοι πλανήτες σαν τον Δία και τον Κρόνο, μπορεί να σχηματιστούν: 5 εκατομμύρια χρόνια. Αν τους πήρε περισσότερο χρόνο, αυτοί οι πλανήτες ποτέ δεν το κάνουν προτού τα πρωτογενή δομικά υλικά εκτοξευθούν μακριά.

Πρέπει να πούμε πως ο χρόνος αυτός είναι πολύ σύντομος. Αντικείμενα όπως ο Δίας είναι κάπως βαριά, και έχουν να συλλέξουν αυτό το υλικό σε 5 εκατομμύρια χρόνια μόνο (ή και λιγότερο). Σημαίνει λοιπόν ότι μεγαλώνουν με ταχείς ρυθμούς. Μάλιστα ο ρυθμός με τον οποίο τα υλικά αυτά συγκεντρώνονται πρέπει να θερμαίνουν αυτούς τους πλανήτες πάρα πολύ.

Είναι μάλιστα ενδιαφέρον ότι οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι, ενώ το μεγαλύτερο μέρος του αερίου δίσκου απομακρύνεται μετά από 5 εκατομμύρια χρόνια, εξακολουθούν να υπάρχουν εικόνες για βραχώδη υλικά που παρέμειναν, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν μείνει ακόμα ορισμένα 'μπάζα' από την οικοδόμηση των αερίων πλανητών. Αυτά λοιπόν τα υπόλοιπα υλικά θα μπορούσαν πιθανότατα να βοηθήσουν στο σχηματισμό των μικρών βραχωδών πλανητών σαν τη Γη. Αλλά οι πλανήτες σαν τη Γη δεν χρειάζεται να κατασκευαστούν γρήγορα - όπως οι αέριοι πλανήτες. Υπάρχει άφθονο υλικό που έχει απομείνει για να το χρησιμοποιήσουν.

Έτσι, ο Δίας μπορεί να είναι κάτι περισσότερο από τον μεγάλο αδελφό της Γης, δηλαδή όχι μόνο λόγω του μεγέθους. Μπορεί πράγματι να σχηματίστηκε και πρώτος.  Όπως ξέρουμε η μάζα του Δία είναι 300 φορές η μάζα της Γης, γι αυτό θα πρέπει να έχει αναπτυχθεί απίστευτα γρήγορα. Και όπως τα μεγαλύτερα αδέλφια έτσι και ο Δίας είναι αρκετά cool.

Και γιατί οι γιγάντιοι αέριοι πλανήτες είναι συνηθισμένοι; Γιατί σχηματίζονται πρώτοι, πολύ πιο γρήγορα από όσο νομίζαμε πριν, ιδιαίτερα γύρω από μεγάλης μάζας αστέρια. Ενώ οι πλανήτες σαν τη Γη, χρειάζονται 20 έως 30 εκατομμύρια χρόνια για να αναπτυχθούν στο τελικό τους μέγεθος.

Επίσης, είναι γνωστό ότι αρκετοί εξωπλανήτες έχουν πολύ μεγάλες μάζες από βράχια και/ή  πάγο, όχι μόνο αέριο. Γι αυτό και οι αστρονόμοι νομίζουν ότι είναι πιθανό να σχηματίζονται οι γίγαντες πλανήτες με περισσότερες από μία διαδικασίες, και με ένα ευρύ χρονικό φάσμα.