A kialakulás korai szakaszában lévő rendszerekben a legtöbb hatás tapasztalható, mivel hatalmas számú embrió van instabil körüli pályán. Meg tudjuk majd vizsgálni ezeket a folyamatokat és felfedhetjük a Föld múltját?
A bolygóképződés utolsó szakaszában a fiatal bolygó embriók más protoplanetekbe zuhannak, felületük és köpenyük intenzív olvadásához vezetve. Az egyik ilyen ütközés a jövő Föld és Theia között, amely azt sújtotta, létrehozta a Föld-Hold rendszert, és a magma-óceán megjelenéséhez vezetett: olvadt szilikátok és illékony anyagok keveréke, amely a köpeny egész területén kiterjed. A magma óceánjai előkészítették a korai felszín és a légkör előkészítését, amelyeken az életkörülmények végül kialakultak.
Az újszülött Föld és Theia (egy Mars méretű tárgy) ütközése okozta a Hold kialakulását.
A geofizikusok számára, de általában az élet szerencséjére, a Földön a több millió milliárd éves tektonika elpusztította a magma-óceán különös jeleit, és így a tudósok alig értették meg, hogy ez a forró és olvadt világ miként vált életképes bolygóvá. Úgy gondolják azonban, hogy a sziklás bolygók kialakulásának általános alapelvei hasonlóak más csillagok rendszereiben is, és ezért a leghatékonyabb ütések nem ritkák azokon a bolygókon, amelyek jelenleg a fiatal csillagok pályáin formálódnak.
Ez lehetővé teszi az exoplanetáris rendszerek óriási hatásainak pillanatképét az utánvilágításról. Az olvadt protoplanet közvetlen detektálása lesz a kulcsa a bolygó evolúciójának korai szakaszaiban.
Az olvadt világ vadászata
A fiatal protoplanetek nagyon melegek és fényesek, mivel felületi hőmérséklete eléri a 3000 ° C-ot. Így azt gondolhatjuk, hogy könnyen észlelhetők az éjszakai égbolton, de sajnos ez nem teljesen igaz. Valójában, amint az olvadt köpeny megszilárdul, az oldott illékony anyagok, például víz és szén-dioxid fokozatosan szabadulnak fel a légkörbe. Erős csillagszél vagy a csillag magas ultraibolya sugárzása hiányában a bolygó légköre megvastagodik, ezáltal eltakarja a felületet. Ennek során úgy viselkedik, mint egy takaró, meghosszabbítva a magma-óceán lehűlési idejét.
Promóciós videó:
A magma óceánjaival borított exoplanet művészi ábrázolása.
Noha a matematikai óceánok létezését a bolygóképződés elméleti modelljei javasolták, a testek globális olvadását a protoplanetek közötti ütközések eredményeként még nem figyelték meg. Mivel az ilyen hatások száma várhatóan az idő múlásával fokozatosan csökken, a fiatal bolygórendszerek kínálják a legjobb esélyeket az ilyen tárgyak felismerésére.
Azonban, hogy láthatóak legyenek, ezeknek az olvadt testeknek két feltételnek kell megfelelniük. Először ne legyen túl közel a csillagukhoz, különben a távcső nem képes elválasztani az olvadt protoplanetot a fényes gazdagéptől. Másodszor, a magma-óceánból származó megfelelő mennyiségű sugárzásnak be kell hatolnia a légkörbe.
A kibocsátott sugárzás szempontjából az olvadt protoplaneta vonzó célpont a közvetlen képalkotáshoz, mivel sokkal világosabb, mint az olyan idősebb bolygók, mint a Föld. Tehát, ha valaha is el szeretnénk kezdeni azonnali fényképek gyűjtését a Föld-szerű extololáris bolygókról, akkor az olvadt protoplanetak jó indulási hely!
Milyen lehetőségek vannak az utánvilágítás észlelésére?
Sajnos, még a legfejlettebb képalkotó eszközökkel is, az olvadt bolygók közvetlen észlelése nem elérhető. A 2020-as években azonban a kolosszális földi távcsövek korszakát látják el: az ESO chilei rendkívül nagy távcsöve (ELT), chilei óriási mágikus távcső (GMT) és Hawaii-ban a harminc méteres távcső (TMT). Az új, földi megfigyelőközpontok mellett a jövőbeni űrhajózási küldetéseket fontolgatják a sziklás bolygók közvetlen ábrázolására a napszerű csillagok lakható területein, különös tekintettel a LIFE (Exoplanet nagy interferométere) interferométerre, amely példátlan pontosságot ígér az ekstrasoláris bolygók jellemzésekor.
Az ESO rendkívül nagy távcsövének művészi ábrázolása.
Az olvadt bolygó látásának valószínűsége két fő tényezőtől függ: az óriási ütések kumulatív számától, amelyet a bolygórendszer tárgyai tapasztalnak, és az az időtartam, ameddig az olvadt test elég forró marad ahhoz, hogy észlelhető legyen.
Az olvadt protoplanetak megfigyelésének valószínűségének meghatározásához először meg kell határoznia az óriási ütések valószínűségét a bolygóképződés szimulációjával. A számítógépes szimulációk követik a pálya fejlődését és a bolygóembriók növekedését, amikor az ütközések során teljes értékű bolygókká egyesülnek.
A kialakulás korai szakaszában lévő rendszerekben a legtöbb hatás tapasztalható, mivel hatalmas számú embrió van instabil körüli pályán. Ennek ellenére a vörös törpék körül keringõk, a Tejút leggyakoribb csillagai, majdnem kétszer olyan sokkal lesznek eltalálva, mint a Nap ellenfelei. Ez nagyon ígéretes a magma-óceánok előfordulásának valószínűsége szempontjából, de van egy óvintézkedés: az ilyen rendszerek protoplanetjai szoros pályán helyezkednek el, ezért nem választhatók el a csillag sugárzásától. Ezen felül az ütközések kevésbé lesznek energiájuk, és ezért a testek tompaak lesznek. Így a potenciális megfigyelhetőség a csillag életkorának, az ütések számának és az ütközés energiájának függvényévé válik.
Tekintettel a magma-óceán előfordulásának gyakoriságára, a tudósok kiszámították a magma-óceánok evolúcióját és létezésének időtartamát, hogy meghatározzák a felszíni hőmérséklet változásait a bolygó méretétől és a légkör vastagságától függően, amelyet úgynevezett emisszióban fejeznek ki: minél alacsonyabb, annál szigetelőbb a légkör.
Egy fiatal exoplanet művészi ábrázolása, amelyet folyamatosan bombáznak instabil keringő embriók.
A vastag atmoszférájú nagy protoplanetek hosszabb ideig támogatják a magma óceánjait, ám ezek alacsonyabb sugárzási sugárzást mutatnak, és valószínűleg alacsonyabbak lesznek a távcsövek érzékenységi szintje alatt. Fontos megjegyezni, hogy az exoprotoplanketták valószínű összetétele jelentősen eltérhet a Naprendszer korai bolygóitól. Így a kibocsátás egy további paramétertől függ: a különféle összetételek és exoplanetáris légkörök tömege.
Természetesen az olvadt bolygók ELT vagy LIFE segítségével történő keresésének a legjobb helyét a Naprendszer közelsége határozza meg. A legígéretesebb célok a fiatal, közeli és hatalmas csillagcsoportok. Képzelje el, hogy a tudósok már rendelkeznek "megfelelő" távcsővel, és minden egyes csillagot meg kell nézniük a társulásban. Megolvad egy megolvadt protoplaneta? Sem igen, sem nem. A válasz statisztikai valószínűséggel függ, számos fizikai paramétertől.
Panorámakép a Carina OB1 szövetségről, amely több fiatal csillagcsoportot tartalmaz, például a Trumpler 14 klasztert, amely körülbelül 2000 csillag otthona. A protoplanetek ütközésének detektálására a legközelebb álló rendszerek, mint ez, a legfontosabb célok.
Például a β Pictoris (Beta Pictoris) társulás, amely 63 fényévnyire van a Naptól, 31 csillagot tartalmaz, átlagos életkora 23 millió év. Az a valószínűség, hogy legalább egy bolygót magma-óceánnal észlelnek bolygórendszereik között, elhanyagolható egy érzéketlen szűrővel, de elérheti a 80% -ot, ha a megfigyeléseket LIFE-vel 5,6 mikrométeren vagy ELT-t 2,2 mikrométeren végezzük.
Mit jelentenek ezek a számok, és mit kell tenni?
Számos kérdés marad meg. Például még mindig nem egyértelmű, hogy a bolygók minden csillag körül születnek-e, és milyen csillagoktól függően várhatók a csillag osztályától függően.
A megolvadt bolygók lehetséges megfigyelhetőségét tárgyaló korábbi tanulmányok azon gondolkodtak, vajon egy óriási ütés utánvilágítását, hasonlóan a Hold létrehozásához, proto-Föld körülmények között lehet-e rögzíteni. Ennek ellenére az utóbbi évtizedekben az exoplanetek felmérése kimutatta, hogy sok jellemzőjük (összetétel, tömeg, sugara, pályája és mások) vadul különbözik attól, amit a Naprendszer tanulmányozásának eredményeként feltételeztek. Ezért a tudósok óriási különbségeket várnak el a fiatal protoplanetak és a légkörük összetételbeli tulajdonságai között, azaz a kialakuló proto-Föld lehetséges megfigyelhetőségének kérdése érdekes, de nem fontos, mivel az ilyen protoplanetak jelenléte a Nap várható környékén jelentéktelen valószínűséggel bír.
Több ezer csillagrendszer él a Tejútban.
Ahhoz, hogy közelebb kerüljünk az olvadt protoplanet észleléséhez az elkövetkező néhány évben, számos kulcsfontosságú kérdést kell megválaszolni: melyek a sziklás bolygók légkörének jellemző variációi, hogyan oszlanak el az illékony anyagok a köpeny és a légkör között?
A megfigyelési kampányok lehetővé teszik a tudósok számára, hogy jobban megértsék a légköri tulajdonságokat és a összetétel eloszlását. Ezenkívül jobban korlátozni kell a legígéretesebb társulások egyes tagcsillagainak jellemzőit: β Pictoris, Columba, TW Hydrae és Tucana-Horologium. Ehhez a teoretikusok és a megfigyelők, a csillagászok, a geofizikusok és a geokémikusok együttes erőfeszítései szükségesek.
Végül, valamikor a nem túl távoli jövőben láthatjuk egy izzó fiatal világ pillantását, amely valószínűleg nem különbözik teljesen az univerzum saját otthonától.
Arina Vasilieva
