Astronomowie pracujący na danych SDSS (Sloan Digital Sky Survey) odkryli, że skład chemiczny gwiazdy może w nieoczekiwany sposób wpływać na jej układ planetarny – odkrycie było możliwe dzięki trwającemu przeglądowi SDSS gwiazd obserwowanych przez teleskop Kepler i może powiększyć zakres naszej wiedzy o formowaniu i ewolucji planet pozasłonecznych.
„Bez tych szczegółowych i precyzyjnych pomiarów zawartości żelaza w gwiazdach, nigdy byśmy tej zależności nie odkryli” mówi Robert Wilson, doktorant na Uniwersytecie Wirginii i główny autor artykułu opisującego wyniki badań.
Zespół badaczy zaprezentował dzisiaj swoje wyniki podczas spotkania AAS w National Harbor w stanie Maryland. Wykorzystując dane z przeglądu SDSS, badacze odkryli, że gwiazdy o wyższej zawartości żelaza zazwyczaj posiadają planety znajdujące się na orbitach stosunkowo bliskich gwiazdy macierzystej – często z okresem orbitalnym krótszym niż 8 dni – podczas gdy gwiazdy z mniejszą ilością żelaza zazwyczaj charakteryzują się planetami o dłuższym okresie obiegu. Dalsze badania tego efektu mogą pomóc nam zrozumieć różnorodność pozasłonecznych układów planetarnych w naszej galaktyce i rzucić nowe światło na to dlaczego znajdujemy planety tam gdzie je znajdujemy.
Historia planet krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca zaczyna się w 1995 roku, kiedy to zespół astronomów odkrywa pojedynczą planetę krążącą wokół gwiazdy podobnej do Słońca, oddalonej od Ziemi o 50 lat świetlnych. Tempo odkryć wzrosło w 2009 roku, kiedy to NASA wyniosła w przestrzeń kosmiczną teleskop Kepler zaprojektowany właśnie do poszukiwania planet pozasłonecznych. W ciągu swojej czteroletniej misji głównej, kosmiczny teleskop Kepler monitorował tysiące gwiazd jednocześnie, rejestrując niewielkie spadki jasności gwiazd, które mogły wskazywać na przechodzenie planet na le tarczy swojej gwiazdy macierzystej. Dzięki temu, że Kepler patrzył na e same gwiazdy przez lata, widział jak wielokrotnie pojawiały się tam te same planety, tym samym był w stanie zmierzyć ich okresy orbitalne. Takie informacje pozwalają nam określić odległość między gwiazdą a planetą – planety krążące po ciasnych orbitach charakteryzują się krótszym okresem orbitalnym. Dzięki Keplerowi liczba egzoplanet o znanych okresach orbitalnych wzrosła znacząco – od 400 w 2009 roku do ponad 3000 obecnie.
Chociaż Kepler był doskonale przystosowany do odkrywania planet pozasłonecznych, nie był on przeznaczony do badania składu chemicznego gwiazd, wokół których te planety krążą. Tę wiedzę posiadamy dzięki eksperymentowi APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), w ramach którego zbadano widma setek tysięcy gwiazd w całej Drodze Mlecznej.
„Wszystkie gwiazdy podobne do Słońca składają się głównie w samego wodoru, ale niektóre zawierające więcej żelaza niż inne” mówi Johaanna Teske z Carnegie Institution for Science, członkini zespołu badawczego. „Ilość żelaza w gwieździe stanowi istotną wskazówkę co do tego jak ona powstała i jak będzie ewoluowała”.
Łącząc dane z tych dwóch źródeł – okresy orbit z Keplera oraz skład chemiczny gwiazd z APOGEE – astronomowie odkryli związek między gwiazdami bogatymi w żelazo a ich układami planetarnymi.
„Wiedzieliśmy, że zawartość żelaza w gwieździe będzie istotna dla ewolucji gwiazdy” mówi Teske. „Ze zdumieniem odkryliśmy, że ma ona także wpływ na ewolucję jej układu planetarnego”.
Zaprezentowane dzisiaj prace bazują na wcześniejszych badaniach Gijsa Muldersa z Uniwersytetu w Arizonie, który wykorzystywał większą, ale mniej precyzyjną próbkę widm z projektu LAMOST-Kepler (LAMOST, Large-Area Multi-Object fiber Spectroscopic Telescope). Mulders wraz ze współpracownikami odkrył podobny trend – bliższe planety krążyły wokół gwiazd o wyższej zawartości żelaza – jednak nie udało mu się ustalić krytycznego okresu o długości ośmiu dni.
„Dobrze jest zobaczyć niezależne potwierdzenie trendu, który odkryliśmy w 2016 roku” mówi Mulders. „Identyfikacja krytycznego okresu dowodzi tego, że teleskop Kepler jest prawdziwą skarbnicą wiedzy”.
Szczególnie zdumiewający w nowych wynikach jest fakt, że bogatsze w żelazo gwiazdy mają tylko około 25 procent więcej żelaza niż inne gwiazdy w próbce. „To tak jakby dodać 1/8 łyżeczki soli więcej do babeczek, które potrzebują według przepisu pół łyżeczki soli. Sam wciąż zjadłbym taką babeczkę” dodaje. „To doskonale pokazuje jak nawet niewielkie zmiany składu chemicznego gwiazd mogą mieć istotny wpływ na układy planetarne”.
Jednak nawet w świetle tego nowego odkrycia, astronomowie wciąż mają wiele odpowiedzi do odkrycia. Wciąż nie wiadomo w jaki sposób formują się i ewoluują planety o rozmiarach Ziemi lub niewiele większe. Czy gwiazdy bogate w żelazo umożliwiają powstawanie planet o krótszych orbitach czy też może wokół nich planety powstają dalej od gwiazdy, a z czasem zbliżają się do niej? Wilson wraz ze współpracownikami ma na dzieję na współpracę z innymi astronomami w zakresie tworzenia nowych modeli dysków protoplanetarnych, które mogłyby umożliwić przetestowanie tych dwóch teorii.
Źródło: SDSS