Nowe badania wskazują, że planety większe od Ziemi mają trudności z formowaniem się wokół gwiazd o niskiej metaliczności.
Wykorzystując Słońce jako punkt odniesienia, astronomowie mogą zmierzyć czas powstania gwiazd poprzez określenie jej metaliczności, czyli poziomu 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 słabe powiązanie między wskaźnikiem metaliczności a formowaniem się planet, zauważając, że wraz ze spadkiem metaliczności gwiazdy spada również formowanie się planet dla niektórych populacji planet, takich pod-saturny lub pod-neptuny.
Jednak ta praca jest pierwszą, w której zaobserwowano, że zgodnie z obecnymi teoriami, powstanie superziemi w pobliżu gwiazd ubogich w metale staje się trudniejsze, co sugeruje, że istnieje ścisły limit warunków niezbędnych do ich powstania, powiedziała główna autorka Kiersten Boley, która niedawno uzyskała tytuł doktora astronomii na Ohio State University.
Kiedy gwiazdy przechodzą cykl życia, wzbogacają otaczającą przestrzeń, aż do uzyskania wystarczającej ilości metali lub żelaza, aby uformować planety – powiedziała Boley. Ale nawet w przypadku gwiazd o niższej metaliczności powszechnie uważano, że liczba planet, które mogły się uformować, nigdy nie osiągnie zera.
Inne badania zakładały, że formowanie się planet w Drodze Mlecznej powinno rozpocząć się, gdy metaliczność gwiazd spadnie z -2,5 do -0,5, ale do tej pory teoria ta pozostawała nieudowodniona.
Aby przetestować tę prognozę, zespół opracował, a następnie przeszukał katalog 10 000 najbardziej ubogich w metale gwiazd zaobserwowanych przez misję Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Jeżeli to prawda, ekstrapolacja znanych trendów w poszukiwaniu małych, krótkookresowych planet wokół jednego regionu 85 000 gwiazd ubogich w metale doprowadziłaby ich do odkrycia około 68 superziem.
Co zaskakujące, badacze w tej pracy nie wykryli żadnej z nich, powiedziała Boley. Zasadniczo znaleźliśmy klif, w którym spodziewaliśmy się zobaczyć powolne lub stopniowe nachylenie, które się utrzymuje – powiedziała. Oczekiwane wskaźniki wystąpienia w ogóle do siebie nie pasują.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie The Astronomical Journal.
Ten klif, który zapewnia naukowcom ramy czasowe, w których metaliczność była zbyt niska, aby mogły powstać planety, rozciąga się do około połowy wieku Wszechświata, co oznacza, że superziemie nie powstały na wczesnym etapie jego historii. Siedem miliardów lat temu to prawdopodobnie najlepszy moment, w którym zaczynamy dostrzegać przyzwoitą formację superziem – powiedziała Boley.
Co więcej, ponieważ większość gwiazd powstałych przed tą erą ma niską metaliczność i musiałaby poczekać, aż Droga Mleczna zostanie wzbogacona przez pokolenia umierających gwiazd, aby stworzyć odpowiednie warunki do formowania się planet, wyniki z powodzeniem proponują górny limit liczby i rozmieszczenia małych planet w naszej Galaktyce.
W przypadku gwiazd podobnego typu, co nasza próbka, wiemy już, że nie należy oczekiwać obfitego formowania się planet po przekroczeniu regionu metaliczności -0,5 – powiedziała Boley. To uderzające, ponieważ mamy teraz dane, które to pokazują.
Uderzające są również implikacje badania dla osób poszukujących życia poza Ziemią, ponieważ dokładniejsze zrozumienie zawiłości formowania się planet może dostarczyć naukowcom szczegółowej wiedzy na temat tego, gdzie we Wszechświecie mogło rozkwitnąć życie.
Te badania mogą obejmować ustalenie, czy te egzoplanety posiadają wodę, jaki jest rozmiar ich jądra i czy wytworzyły silne pole magnetyczne, czyli wszystkie warunki sprzyjające powstaniu życia.
Aby zastosować swoją pracę do innych rodzajów procesów formowania się planet, zespół prawdopodobnie będzie musiał badać różne typy superziem przez dłuższy czas niż obecnie. Na szczęście przyszłe obserwacje mogą zostać osiągnięte dzięki nadchodzącym projektom, takim jak Nancy Grace Roman Space Telescope NASA i misja PLATO ESA, które poszerzają zakres poszukiwań planet ziemskich w ekosferach, https://pl.wikipedia.org/wiki/Ekosfera takich jak nasza.
Instrumenty te będą naprawdę kluczowe, jeżeli chodzi o ustalenie liczby planet i przeprowadzenie jak największej liczby obserwacji uzupełniających – powiedziała Boley.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Ohio State University