Materia otaczająca odległe gwiazdy podobna do środowiska, w którym powstała Ziemia

Biały karzeł z dyskiem pyłowym i układem planetarnym. Źródło: NASA

Składniki, z których powstała Ziemia wydają się być “całkiem normalne”, według badaczy pracujących przy najsilniejszych teleskopach na Ziemi. Naukowcy zmierzyli skład chemiczny 18 różnych układów planetarnych oddalonych od nas o co najmniej 456 lat i porównali je z naszym –  okazało się, że wiele pierwiastków występuje tam w podobnych proporcjach co na Ziemi.

To jedno z największych badań, w których mierzono ogólny skład chemiczny materii tworzącej inne układy planetarne, i które pozwalają naukowcom wyciągnąć bardziej ogólne wnioski dotyczące tego jak one powstają i co to może oznaczać dla naszych poszukiwań planet podobnych do Ziemi.

“Większość składników, którym się przyjrzeliśmy w innych układach planetarnych posiada ten sam skład chemiczny co w przypadku Ziemi” mówi dr Siyi Xu z Obserwatorium Gemini na Hawajach, który przedstawił wyniki swoich badań na konferencji Goldschmidta w Bostonie.

Pierwsze planety krążące wokół innych gwiazd niż Słońce odkryto w 1992 roku (pierwsza krążyła wokół pulsara). Od tego czasu staramy się dowiedzieć czy któreś z tych gwiazd i planet przypominają nasz własny Układ Słoneczny.

“Badanie tych odległych obiektów planetarnych bezpośrednio jest trudne. Z uwagi na potężne odległości, ich gwiazdy macierzyste zazwyczaj tłumią jakiekolwiek sygnały elektromagnetyczne takie jak światło czy fale radiowe” mówi Siyi Xu. “Dlatego też szukaliśmy innych metod”.

Z tego też powodu zespół zdecydował się przyjrzeć temu jak składniki obiektów planetarnych wpływają na białe karły. Białe karły to gwiazdy, które wypaliły większość wodoru i helu i skurczyły się do stadium małych i bardzo gęstych obiektów – badacze szacują, że nasze Słońce osiągnie to stadium za około 5 miliardów lat.

Dr Xu dodaje: “Atmosfery białych karłów zbudowane są albo z wodoru albo helu, które emitują wyraźny i czysty sygnał widmowy. Niemniej jednak gdy gwiazda ochładza się, zaczyna ściągać na siebie materię planet, planetoid, komet, które wokół niej krążyły. Część materii zazwyczaj układa się w dysk pyłowy przypominający pierścienie Saturna. Gdy taka materia zbliża się do gwiazdy, zmienia to co obserwujemy patrząc na nią. Zmiany te można zmierzyć ponieważ wpływają one na sygnał widmowy gwiazdy i pozwala nam zidentyfikować typ i nawet ilość materii otaczającej białego karła. Owe pomiary mogą być wyjątkowo czułe, dzięki czemu umożliwiają nawet odkrycie obiektów tak małych jak planetoidy”.

Badacze wykonali swoje pomiary za pomocą spektrografów zainstalowanych na teleskopie Keck na Hawajach – największym teleskopie optycznym i podczerwonym na świecie, oraz za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

Siyi Xu kontynuuje: “W naszych badaniach skupiliśmy się na próbce białych karłów z dyskami pyłowymi. Byliśmy w stanie zmierzyć obfitość wapnia, magnezu i krzemu w większości tych gwiazd, i kilku innych pierwiastków w niektórych gwiazdach. W jednym z układów być może nawet odkryliśmy wodę, jednak jak na razie nie ustaliliśmy jej obfitości: prawdopodobnie w niektórych przypadkach możemy mieć do czynienia z całkiem dużą ilością wody. Dla przykładu wcześniej zidentyfikowaliśmy jeden układ planetarny oddalony od nas o 170 lat świetlnych w kierunku gwiazdozbioru Wolarza, bogaty w węgiel, azot i wodę, składem chemicznym przypominający Kometę Halleya. Ogólnie rzecz biorąc, skład chemiczny badanych obiektów przypomina ogólny skład chemiczny Ziemi.

Oznacza to, że pierwiastki chemiczne, składniki Ziemi powszechnie występują także w innych układach planetarnych. Z tego co widzimy, pod względem obecności i obfitości tych pierwiastków, jesteśmy zupełnie normalnym, przeciętnym, układem planetarnym. A to oznaczy, że w innych rejonach galaktyki także możemy oczekiwać istnienia planet podobnych do Ziemi.

Dr Xu dodaje “Te prace wciąż trwają, a ostatnia publikacja danych zebranych przez satelitę Gaia, która jak dotąd scharakteryzowała 1,7 miliarda gwiazd, całkowicie zrewolucjonizowała tę dziedzinę. Oznacza to, że o białych karłach dowiemy się znacznie więcej. Mamy  nadzieję, że uda się, dzięki tym danym, dużo dokładniej określić skład chemiczny materii tworzącej inne układy planetarne”.

Prof. Sara Seager z MIT jest zastępcą dyrektora naukowego najnowszej misji teleskopu TESS, który będzie poszukiwał planet pozasłonecznych. Komentując najnowsze odkrycia prof. Seager powiedziała: “To zdumiewające, że najlepszym sposobem badania wnętrza egzoplanet jest badanie planet rozerwanych i pochłanianych przez białe karły, wokół których krążyły. Postęp na tym polu badań bardzo cieszy, a wyniki wskazują, że planety o składzie chemicznym podobnym do Ziemi są czymś powszechnym – to z kolei sugeruje, że pierwsza planeta podobna do Ziemi, krążąca wokół normalnej gwiazdy takiej jak Słońce z pewnością tylko czeka na odkrycie”.

Źródło: Goldschmidt Conference