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 gwiazdy 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 podkreślały słabe powiązanie między wskaźnikiem metaliczności a formowaniem się planet – uważano, że wraz z obniżeniem metaliczności gwiazdy spada również szansa na formowanie się niektórych populacji planet, takich pod-saturny lub pod-neptuny. Jednak w artykuly opublikowanym w „The Astronomical Journal” autorzy wskazali, że zgodnie z obecnymi teoriami, powstanie superziemi w pobliżu gwiazd ubogich w metale powinno być trudniejsze. Sugeruje to, że istnieją ograniczenia co do warunków niezbędnych do ich powstania – powiedziała główna autorka Kiersten Boley, która niedawno uzyskała tytuł doktora astronomii na Uniwersytecie Ohio. Gwiazdy w ramach swego cyklu 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 niemożliwe jest, by nie uformowała się wokół nich żadna planeta.
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 tysięcy najbardziej ubogich w metale gwiazd zaobserwowanych przez misję Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Ekstrapolacja znanych trendów w poszukiwaniu małych, młodych planet w jednym regionie 85 tysięcy gwiazd ubogich w metale powinna doprowadzić do odkrycia około 68 superziem.
Jednak nie odkryliśmy żadnej – powiedziała Boley. Znaleźliśmy klif, w którym spodziewaliśmy się zobaczyć powolne lub stopniowe nachylenie, które się utrzymuje – powiedziała. Oczekiwane wskaźniki wystąpienia w ogóle do siebie nie pasują.
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 musiałyby one poczekać, aż Droga Mleczna zostanie wzbogacona przez pokolenia umierających gwiazd, aby stworzyć odpowiednie warunki do formowania się planet, w omawianym artykule zaproponowano 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 granicy metaliczności równej –0,5 – powiedziała Boley. Teraz mamy dane, które to pokazują.
Uderzające są również implikacje badania dla osób poszukiwań życia poza Ziemią, ponieważ dokładniejsze zrozumienie zawiłości formowania się planet może dostarczyć naukowcom bardziej szczegółowej wiedzy na temat tego, gdzie we Wszechświecie mogło rozkwitnąć życie. Badania tego typu mogą obejmować ustalanie, czy te egzoplanety posiadają wodę, jaki jest rozmiar ich jądra i czy wytworzyły silne pole magnetyczne, czyli wszystkie warunki sprzyjające powstaniu życia.
Aby badać inne procesy formowania się planet, zespół prawdopodobnie będzie musiał analizować różne typy superziem dłużej niż obecnie. Na szczęście może to być możliwe dzięki nowym projektom, takim jak Nancy Grace Roman Space Telescope NASA i misja PLATO ESA, które poszerzają zakres poszukiwań planet podobnych do Ziemi w ekosferach, takich jak nasza.
Instrumenty te będą kluczowe, jeżeli chodzi o ustalanie liczby planet i przeprowadzenie jak największej liczby obserwacji uzupełniających – powiedziała Boley.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Formation of super-Earths proven limited near metal-poor stars
- The First Evidence of a Host Star Metallicity Cutoff in the Formation of Super-Earth Planets
Źródło: Ohio State University
Na ilustracji: Wizja artystyczna egzoplanety wielkości superziemi w pobliżu jej gwiazdy macierzystej. Źródło: Getty Images
