Nowe badanie może pomóc w poszukiwaniu życia pozaziemskiego.
Niedawne badania astronomów przedstawiają nowe dowody na granice powstawania planet, ujawniając, że planety większe od Ziemi mają trudności z formowaniem się wokół gwiazd o niskiej metaliczności przekraczającej pewien próg.
Wykorzystując Słońce jako punkt odniesienia, astronomowie mogą zmierzyć moment powstania gwiazdy, określając jej metaliczność lub poziom obecnych w niej ciężkich pierwiastków. Gwiazdy lub mgławice bogate w metale powstały stosunkowo niedawno, podczas gdy obiekty ubogie w metale były prawdopodobnie obecne we wczesnym Wszechświecie.
Poprzednie badania wykazały słaby związek między tempem metaliczności a powstawaniem planet, zauważając, że wraz ze spadkiem metaliczności gwiazdy spada również proces powstawania planet w przypadku niektórych populacji planet, takich jak subsaturny czy sub-Neptuny.
Jednak ta praca jest pierwszą, w której zaobserwowano, że zgodnie z obecnymi teoriami powstawanie superziemi w pobliżu gwiazd ubogich w metale staje się znacznie trudniejsze, co sugeruje ścisłe odcięcie warunków niezbędnych do ich powstania, powiedział główny autor Kiersten Boley, który niedawno uzyskał doktorat z astronomii na Uniwersytecie Stanowym Ohio.
Wyjaśnienie Boleya dotyczące powstawania planet
„Kiedy gwiazdy przechodzą przez życie, wzbogacają otaczającą przestrzeń, dopóki nie będzie wystarczającej ilości metali lub żelaza, aby uformować planety” – powiedział Boley. „Ale nawet w przypadku gwiazd o niższej metaliczności powszechnie uważano, że liczba planet, które mogą uformować, nigdy nie osiągnie zera”.
Inne badania sugerowały, że powstawanie planet w Droga Mleczna powinno rozpocząć się, gdy metaliczność gwiazd spadnie od minus 2,5 do minus 0,5, ale jak dotąd teoria ta nie została udowodniona.
Aby sprawdzić tę prognozę, zespół opracował, a następnie przeszukał katalog 10 000 gwiazd najbardziej ubogich w metale zaobserwowanych przez NASASatelita do badania tranzytowych egzoplanet (TESS) misja. Jeśli to prawda, ekstrapolacja znanych trendów w poszukiwaniu małych, krótkookresowych planet wokół jednego obszaru składającego się z 85 000 gwiazd ubogich w metal doprowadziłaby do odkrycia około 68 superziemi.
Co zaskakujące, badacze biorący udział w tej pracy nie wykryli żadnego, powiedział Boley. „Zasadniczo znaleźliśmy klif, w którym spodziewaliśmy się powolnego lub stopniowego narastania” – powiedziała. „Oczekiwane wskaźniki występowania w ogóle się nie zgadzają”.
Badanie zostało opublikowane w Dziennik astronomiczny.
Ustalenia i ich implikacje
Klif ten, wyznaczający naukowcom ramy czasowe, w których metaliczność była zbyt niska, aby mogły powstać planety, rozciąga się na około połowę wieku Wszechświata, co oznacza, że superziemi nie powstały na początku swojej historii. „Siedem miliardów lat temu to prawdopodobnie najlepszy moment, w którym zaczynamy widzieć przyzwoity fragment formacji superziemi” – powiedział Boley.
Co więcej, ponieważ większość gwiazd powstałych przed tą erą ma niską metaliczność i trzeba było poczekać, aż Droga Mleczna zostanie wzbogacona pokoleniami umierających gwiazd, aby stworzyć odpowiednie warunki do powstawania planet, w wynikach z powodzeniem zaproponowano górną granicę liczba i rozmieszczenie małych planet w naszej galaktyce.
„W przypadku gwiazd podobnego typu jak nasza próbka wiemy teraz, że nie należy spodziewać się obfitego powstawania planet po przekroczeniu obszaru metaliczności o wartości ujemnej 0,5” – powiedział Boley. „To dość uderzające, ponieważ obecnie mamy dane, które to pokazują”.
Implikacje dla poszukiwań życia pozaziemskiego
Uderzające są również implikacje badania dla osób poszukujących życia poza Ziemią, ponieważ dokładniejsze zrozumienie zawiłości powstawania planet może dostarczyć naukowcom szczegółowej wiedzy o tym, gdzie we wszechświecie mogło rozkwitnąć życie.
„Nie chcesz przeszukiwać obszarów, w których życie nie sprzyjałoby lub w których nawet nie myślisz, że znajdziesz planetę” – powiedział Boley. „Jest mnóstwo pytań, które możesz zadać, jeśli wiesz o tych rzeczach”.
Takie badania mogłyby obejmować określenie, czy te egzoplanety zawierają wodę, rozmiar ich jądra i czy wytworzyło się na nich silne pole magnetyczne, a także określenie wszystkich warunków sprzyjających powstawaniu życia.
Aby zastosować swoją pracę do innych typów procesów powstawania planet, zespół prawdopodobnie będzie musiał badać różne typy superziemi przez dłuższe okresy niż obecnie. Na szczęście przyszłe obserwacje można będzie przeprowadzić przy pomocy nadchodzących projektów, takich jak Nancy Grace z NASA Rzymski Teleskop Kosmiczny i Europejska Agencja Kosmicznamisji PLATO, które poszerzą poszukiwania planet ziemskich w strefach zamieszkiwalnych, takich jak nasza.
„Te instrumenty będą naprawdę istotne, jeśli chodzi o ustalenie, ile planet istnieje i uzyskanie jak największej liczby obserwacji uzupełniających” – powiedział Boley.
Odniesienie: „The First Evidence of a Metallicity Cutoff in the Formation of Super-Earth Planets” autorstwa Kierstena M. Boleya, Jessie L. Christiansena, Jona Zinka, Kevina Har Degree-Ullmana, Eve J. Lee, Philipa F. Hopkinsa, Ji Wang, Rachel B. Fernandes, Galen J. Bergsten i Sakhee Bhure, 23 sierpnia 2024 r., Dziennik astronomiczny.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad6570
Inni współautorzy to Ji Wang ze stanu Ohio; Jessie Christiansen, Philip Hopkins i Jon Zink z Kalifornijskiego Instytutu Technologii; Kevin Har Degree-Ullman i Galen Bergsten z Uniwersytetu w Arizonie; Eve Lee z Uniwersytetu McGill; Rachel Fernandes z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii; i Sakhee Bhure z Uniwersytetu Południowego Queensland. Badanie to było wspierane przez National Science Foundation i NASA.
