Μια πρόσφατη διεθνής μελέτη φωτίζει τους μηχανισμούς που διέπουν τον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητών στο σύμπαν, προσφέροντας νέα δεδομένα για τα πρώιμα στάδια της πλανητικής ζωής. Οι πλανήτες στη βρεφική τους ηλικία είναι μικρά, πεινασμένα ουράνια σώματα που καταναλώνουν με ταχύτητα τα υπολείμματα αερίου και σκόνης που περιστρέφονται γύρω από τα άστρα όπου δημιουργούνται. Το αέριο στους λεγόμενους πρωτοπλανητικούς δίσκους εξαφανίζεται μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια, ωστόσο οι αστρονόμοι πλέον διαθέτουν πιο ολοκληρωμένη εικόνα για αυτήν τη διαδικασία εξέλιξης των πλανητών από ποτέ άλλοτε.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του εξαιρετικά ισχυρού τηλεσκοπίου Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) στο πλαίσιο του προγράμματος ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO). Η επιστημονική ομάδα που συμμετείχε στην έρευνα ανέλυσε 30 πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από αστέρια παρόμοια με τον ήλιο, εντοπίζοντας ότι τα συστατικά του αερίου και της σκόνης εξελίσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς. Οι ερευνητές διαπίστωσαν πως η ποσότητα αερίου που απομένει καθώς οι δίσκοι ωριμάζουν, καθορίζει τον τύπο των πλανητών που τελικά σχηματίζονται σε αυτά τα αστρικά συστήματα.
Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής αναμένεται να ενισχύσουν την κατανόηση των επιστημόνων σχετικά με τον τρόπο σχηματισμού και εξέλιξης πλανητικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας ηλιακού συστήματος. Η ανακάλυψη αυτή οδήγησε ήδη στη δημοσίευση 12 επιστημονικών εργασιών από διαφορετικές ερευνητικές ομάδες, υπογραμμίζοντας την καινοτόμο φύση της. Όπως αναφέρει ο Ανίμπαλ Σιέρα Μοράλες από το Εργαστήριο Διαστημικής Επιστήμης Mullard του University College London, οι μελέτες αυτές παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για την εξέλιξη των πρωτοπλανητικών δίσκων και αποτελούν κρίσιμο βήμα προς την κατανόηση των αρχικών συνθηκών που οδηγούν στο σχηματισμό πλανητών όπως η Γη.
Η διαδικασία δημιουργίας αυτών των δίσκων ξεκινά όταν πυκνές συστάδες ψυχρού αερίου καταρρέουν λόγω της βαρύτητάς τους μέσα σε μοριακά νέφη στο διάστημα, γεννώντας νέα άστρα. Τα νεογέννητα άστρα, ή πρωτοαστέρια, συνεχίζουν να συλλέγουν ύλη από το αέριο που τα περιβάλλει, σχηματίζοντας έναν πεπλατυσμένο, στροβιλιζόμενο δίσκο από αέριο και σκόνη. Μέσα σε αυτόν τον πρωτοπλανητικό δίσκο, μικρά κομμάτια υλικού συγκρούονται και κολλούν μεταξύ τους, δημιουργώντας πλανητοειδή, τα οποία στη συνέχεια συσσωρεύουν ακόμη περισσότερο υλικό και εξελίσσονται σε πλήρεις πλανήτες.
Εκτιμάται ότι οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι περιβάλλουν τα νεογέννητα άστρα για αρκετά εκατομμύρια χρόνια, καθορίζοντας τον χρόνο που είναι διαθέσιμος για τον σχηματισμό γιγάντιων πλανητών. Το αρχικό μέγεθος, η μάζα και η στροφορμή του δίσκου καθορίζουν το είδος των πλανητών που μπορεί να προκύψουν, ενώ η διάρκεια ζωής του αερίου επηρεάζει το χρονικό διάστημα κατά το οποίο οι πλανητοειδείς μπορούν να αναπτυχθούν σε σώματα μεγέθους αστεροειδών ή πλανητών. Επιπλέον, αυτοί οι παράγοντες συνδέονται με την πιθανότητα μετανάστευσης των πλανητών μέσα στον δίσκο κατά τα πρώτα τους χρόνια, μετακινώντας τους πιο κοντά ή πιο μακριά από το μητρικό τους άστρο, γεγονός που επηρεάζει το τελικό σχήμα του πλανητικού συστήματος.
Προηγούμενες μελέτες είχαν εστιάσει στην εξέλιξη της σκόνης στους πρωτοπλανητικούς δίσκους, ενώ ο τρόπος με τον οποίο αλλάζει η ποσότητα του αερίου με την πάροδο του χρόνου δεν ήταν τόσο ξεκάθαρος. Όπως αναφέρει ο Κε Ζανγκ από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison και επικεφαλής της ομάδας AGE-PRO, η μελέτη αυτή προσφέρει τις πρώτες μετρήσεις μαζών και μεγεθών των δίσκων αερίου σε όλη τη διάρκεια ζωής αυτών των δίσκων που σχηματίζουν πλανήτες. Η έρευνα δείχνει τα χρονικά όρια εντός των οποίων σχηματίζονται γιγάντιοι πλανήτες αερίου, όπως ο Δίας και ο Κρόνος, συγκριτικά με μικρότερους πλανήτες όπως η Γη και ο Άρης.
Τα ευρήματα αποκαλύπτουν ότι η μέση μάζα των δίσκων αερίου κυμαίνεται από αρκετές μάζες Δία σε ηλικίες μικρότερες του ενός εκατομμυρίου χρόνων, έως λιγότερο από μία μάζα Δία σε ηλικίες από 1 έως 3 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει πως οι νεαροί δίσκοι διαθέτουν το απαραίτητο αέριο για τον σχηματισμό γιγάντιων πλανητών, ενώ καθώς ωριμάζουν, το αέριο αυτό μειώνεται σημαντικά. Παράλληλα, όπως αναφέρει η Πάολα Πινίλα του UCL, η μάζα αερίου σε δίσκους που επιβιώνουν μεταξύ 2 και 3 εκατομμυρίων ετών παραμένει παρόμοια με εκείνη σε δίσκους ηλικίας 1 έως 3 εκατομμυρίων ετών, γεγονός που προκαλεί έκπληξη.
Ένα ακόμη απρόσμενο αποτέλεσμα της μελέτης αφορά το γεγονός ότι το αέριο και η σκόνη στους δίσκους καταναλώνονται με διαφορετικούς ρυθμούς κατά την πάροδο του χρόνου, δημιουργώντας μια «ταλάντωση» στην αναλογία αερίου προς σκόνη καθώς οι δίσκοι γερνούν. Ο Ζανγκ επισημαίνει πως, ενώ οι περισσότεροι δίσκοι διαλύονται μετά από λίγα εκατομμύρια χρόνια, εκείνοι που επιβιώνουν περιέχουν περισσότερο αέριο από ό,τι αναμενόταν, γεγονός που αλλάζει σημαντικά την αντίληψη για την ατμοσφαιρική συσσώρευση πλανητών που σχηματίζονται σε πιο προχωρημένα στάδια.
Συγκρίνοντας τα δεδομένα από την έρευνα AGE-PRO με άλλες μελέτες εξέλιξης αερίου σε πρωτοπλανητικούς δίσκους διαφορετικής ηλικίας, η ερευνητική ομάδα έχει πλέον τη δυνατότητα να σκιαγραφήσει μια πιο ολοκληρωμένη και λεπτομερή εικόνα για το πώς διαμορφώνονται και εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα στο σύμπαν.
