Jak wiele jest planet w Naszej Galaktyce ?

W pierwszym roku istnienia katalogu Habitable Exoplanets Catalog odkryto więcej planet, niż kiedykolwiek oczekiwano. Źródło: PHL @ UPR Arecibo/ESA-Hubble/NASA
Nocą widzimy na niebie mnóstwo gwiazd. Ale patrząc na nie, patrzymy jednocześnie na miliardy obcych planet. Taką konkluzję wysnuć można z nowych badań astronomów z Caltech - wynika z nich bowiem, że układy planetarne są we Wszechświecie normą. Wnioski te wysnute zostały głównie na podstawie dokładnych obserwacji układu Kepler-32 - bardzo reprezentatywnego systemu planetarnego w skali Galaktyki. W samej Drodze Mlecznej znajduje się prawdopodobnie około 100 miliardów planet. To daje w przeliczeniu średnio jeden glob na każdą jedną gwiazdę.

Planety w układzie Kepler-32 okrążają karła o typie widmowym M. Takie gwiazdy stanowią mniej więcej trzy czwarte wszystkich gwiazd w Naszej Galaktyce. System składa się z pięciu planet - część z nich została wykryta przez Kosmiczny Teleskop Keplera. Są one podobne rozmiarami do Ziemi i okrążają swe "Słońce" w bardzo bliskiej odległości. W przypadku tych gwiazd niemal wszystkie znane nam układy wyglądają podobnie, stąd też i rozmiary ich planet powinny być zbliżone do planet w tym szczególnym układzie.

Choć sam układ nie jest może wyjątkowy, z punktu widzenia Keplera wyjątkowa (i zarazem z punktu widzenia nauki bardzo korzystna) jest jego orientacja przestrzenna. Płaszczyzny wszystkich planet są w nim bowiem ustawione w przestrzeni tak, że możemy je obserwować, gdy przechodzą przed tarczą gwiazdy, zacieniając pewną część jej blasku. Tak właśnie widzi je teleskop. Analizując okresowe zmiany w jasności gwiazdy centralnej astronomowie zdołali określić pewne ich fizyczne charakterystyki - rozmiary planet i ich okresy orbitalne. 

Skąd jednak możemy wiedzieć, jak wiele podobnych planet zamieszkuje Galaktykę ? Wcześniej wiele różnych zespołów naukowych z grubsza określił ich ilość na jedną planetę na gwiazdę, ale dzięki układowi Kepler-32 możliwe stało się wykonanie dokładniejszych oszacowań dla samych karłów typu M. Obliczono w tym celu prawdopodobieństwo, że takie układy planetarne będą mieć podobną orientację orbitalną w przestrzeni, a zatem będą mogły być w przyszłości łatwo wykryte przez Keplera. Wynosi ono mniej więcej tyle, co jedna planeta - na blisko 100 miliardów gwiazd w Galaktyce. Jednakże analizy te dotyczą jedynie planet na ciasnych orbitach wokół karłów typu M - nie są tu zupełnie brane pod uwagę bardziej zewnętrzne planety w takich układach. Gdy wziąć pod uwagę i tę możliwość, może sie okazać, że tak naprawdę bardziej realnym oszacowaniem jest liczba dwóch planet na każdą gwiazdę tego rodzaju.

Systemy takie jak Kepler-32 są nieco inne niż nasz Układ Słoneczny. Gwiazdy te są chłodniejsze i dużo mniejsze niż Słońce. W przypadku Keplera-32 promienie orbity planet wahają się od 0.8 do 2.7 podobnych odległości w naszym układzie. Cały taki system planetarny mieści się mniej więcej w zasięgu jednej, ziemskiej jednostki astronomicznej. Wg. niektórych naukowców wszystko to prowadzi to konkluzji, że układy takie jak nasz są w Galaktyce bardzo rzadkie. Tym niemniej fakt, że planety Keplera-32 krążą tak blisko swej gwiazdy macierzystej, nie oznacza wcale, że muszą być one czerwonawymi, nieco piekielnymi z wyglądu światami, nie nadającymi się do zasiedlenia przez organizmy żywe. Karły typu M są małe i dosyć chłodne - więc ich tzw. strefa zamieszkiwalna, czyli przestrzeń wokół gwiazdy, w jakiej może występować woda w stanie ciekłym, jest w całości przesunięta w stronę centrum układu.

Nie wiadomo do końca, jak w ogóle powstawał układ Kepler-32. Według astronomów pewne jednak wyniki badań sugerują, że jego planety uformowały się najprawdopodobniej w dalszej odległości od gwiazdy, a następnie z czasem bliżyły się do niej znacznie. Pochodzą one z dysku protoplanetarnego - gazu i pyłu, który zbiera się wokół gwiazdy. Karły typu M są najjaśniejsze i zarazem najgorętsze, gdy są bardzo młodymi gwiazdami. Właśnie wtedy powinny powstać ich planety. Jednak wówczas w bezpośredniej bliskości centralnej gwiazdy układu Kepler-32 byłoby za gorąco, by mógł tam istnieć pył w odpowiedniej ku temu postaci. Wcześniejsze badania astronomiczne wykazały, że trzecia i czwarta planeta układu mają niewielka gęstość, co może oznaczać, że są one w większości zbudowane z elementów niestabilnych, takich jak na przykład dwutlenek węgla, metan, czy inne pokrewne związki. Ale związki te, jak dowiedziono, nie mogłyby istnieć w gorącej strefie w bezpośredniej bliskości młodej gwiazdy.

Astronomowie z Caltech odkryli również, że trzy z planet układu mają silnie powiązane ze sobą orbity. Okres orbitalny jednej z nich wynosi dwa razy tyle co okres drugiej, a okres orbitalny trzeciej planety to aż trzy razy tyle co okres ostatniej z nich. Samo to zachowanie się orbit nie jest niczym niezwykłym, jednak planety nie wpadają w tego rodzaju rezonanse orbitalne tuż po uformowaniu się. Także w tym przypadku orbity takie musiały zostać zainicjowane w dalszej odległości od macierzystej gwiazdy układu, a wraz z upływem czasu wszystkie planety mogły nie tylko zbliżyć się do niej, ale i przyjąć obserwowaną dzisiaj konfigurację.


Liczba odsłon: 5841