6 Minutės
Po skaidria havajiečių dangaus skraiste Kecko observatorija nukreipia kelias iš galingiausių Žemės akių į pasaulius, kurie nėra mūsų. Jų šviesoje slypi smulkūs Doplerio poslinkiai. Šie poslinkiai neša paprastą, nepalenkiamą paslaptį: kiek greitai sukasi planeta.
Pastarasis Kecko tyrimas ištyrė dešimtis dujinių milžinų ir rudųjų nykštukų palydovų, kad patikrintų klausimą, apie kurį planetologai diskutuoja dešimtmečius. Ar sunkesni pasauliai visuomet sukasi greičiau? O gal jų gimimo fizika kartais juos sulėtina? Paaiškėja, atsakymas nėra akivaizdus. Duomenys kryptį nurodo netikėtai: kai kontroliuojami dydis, masė ir amžius, kai kurios milžiniškos planetos sukasi greičiau negu masyvesni rudieji nykštukai.
Sukimosi skaitymas iš vienos spektro linijos
Rotacija palieka pirštų atspaudą. Kai planeta sukasi, iš atmosferos dalies, kuri juda link mūsų, šviesa nežymiai pasislenka į mėlynąją pusę, o iš tolstančio krašto pasislenka į raudonąją. Kombinuotas efektas išplečia absorbcijos linijas planetos spektre. Tokį subtilų pločiavimą aptikti tolimose, silpnose planetose reikalauja priemonių, turinčių aukštą spektro rezoliuciją ir gebančių atskirti planetos šviesą nuo žvaigždės akinimo.
Būtent tai ir daro Kecko Planetų Vaizdintuvas ir Charakterizatorius, arba KPIC. Jis izoliuoja planetos šviesą ir fiksuoja stačias, siauros savybes, kylančias molekulinių absorbcijos juostų. Iš tų savybių tyrėjai išveda sukimosi greičius, paprastai išreikštus kaip projekcinė pusiaujinė sparta. Naujausias stebėjimų kampanija naudojo KPIC, kad išmatuotų sukimąsi parinktame palydovų rinkinyje, besisukančių nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų astronominių vienetų nuo savo žvaigždžių. Imtyje buvo jauni dujiniai milžinai ir plačiose atstumuose esantys rudieji nykštukai, objektai, kurie yra esminiai formavimosi teorijų patikrinimui.
Ne tik masė: magnetinis stabdymas ir sukimosi istorija
Iš pirmo žvilgsnio galėtum tikėtis paprasto skalavimo: daugiau masės, daugiau kampinio momento, greitesnis sukimasis. Gamta atsisako būti tokia tvarkinga. Kecko matavimai rodo, kad atsižvelgus į amžių ir spindulį, kai kurie dujiniai milžinai sukasi greičiau nei gerokai masyvesni rudieji nykštukai. Kodėl? Tyrėjai nurodo magnetinius sąveikos mechanizmus ankstyvame kūno gyvenime.
Įsivaizduokite jauną, formuojančiąsi planetą, apsuptą aplinkplanetinio disko. Jei kūnas turi stiprų magnetinį lauką, jis gali susijungti su disku ir perkelti kampinį momentą nuo planetos. Šis poveikis, kartais vadinamas magnetiniu stabdymu, gali sulėtinti masyvų objektą efektyviau nei mažesnės masės planetą su silpnesniu lauku. HR 8799 sistema pateikia ryškų pavyzdį: maždaug septynių Jupiterių masių dujinis milžinas sukasi apie šešis kartus greičiau nei 24 Jupiterių masių rudasis nykštukas tos pačios sistemos palydovas. Ta pati aplinka. Labai skirtingi sukimai.
Toks stebėjimas siūlo gyvavimo ciklą, kuriame pradinė masė, magnetinio lauko stiprumas ir disko sąveikos sąspyna nustato planetos galutinį sukimąsi. Rezultatas atkartojasi skirtinguose masteliuose. Mūsų Saulės sistemoje Jupiteris ir Saturnas yra greiti rotatoriai ir neša didelę dalį sistemos sukimosi energijos. Tačiau apibendrinti tą faktą į kitas sistemas be tiesioginių sukimų matavimų rizikuojama praleisti magnetinės ir disko fizikos vaidmenį.
Metodika ir imtis
Tyrimas sujungė naujus KPIC matavimus su anksčiau publikuotais sukimų duomenimis, kad sudarytų didesnį palyginamą rinkinį. Iš viso parinkta imtis apima dešimtis palydovų ir laisvai sklandančių subžvaigždinių objektų, dengiančių platų masių ir evoliucinių stadijų spektrą. Toks platus aprėptis svarbi: koreliacijos atsiskleidžia tik tuomet, kai lyginami panašūs objektai.
- Tiesioginiai KPIC stebėjimai taikėsi į kelis dujinius milžinus ir keletą plačiai atskirtų rudųjų nykštukų palydovų.
- Duomenų apdorojimas buvo orientuotas į sukimosi pločio išgavimą iš molekulinių absorbcijos linijų.
- Rezultatai buvo analizuoti pataisius skirtumus spindulyje ir amžiuje, kad būtų užtikrinti teisingi palyginimai.
Šie žingsniai sumažina šališkumą. Jie taip pat leidžia mokslininkams užduoti tikslesnius klausimus: ar planetų sukimąsi daugiausia lemia pradinės sąlygos gimimo diske, masės priklausomi magnetiniai sukimo momentai, ar vėlesnės stadijos dinaminė evoliucija? Įrodymai rodo mišrų paveikslą, kuriame magnetinis stabdymas atlieka didesnį vaidmenį masyvesniems subžvaigždiniams objektams.
Dujinis milžinas egzoplaneta (kairėje) ir masyvesnis rudasis nykštukas palydovas (dešinėje) HR 8799 sistemoje.
Ateities instrumentai ir imties išplėtimas
KPIC atvėrė duris. Kitas žingsnis yra jas išplėsti. Kecko planuojamas HISPEC instrumentas, aukštos skiriamosios gebos infraraudonųjų spindulių spektrografas, skirtas egzoplanetų charakterizavimui, turėtų pradėti veikti 2027 m. HISPEC padidins jautrumą, praplės bangų ilgio aprėptį ir pakels spektrinę raišką. Tai reikš dvi pagrindines pažangas: sukimų matavimus mažesnėms, vėsesnėms planetoms ir geresnius vienu metu gaunamus apribojimus atmosferos sudėčiai.
Kodėl svarbu susieti sukimąsi su chemija? Sukimasis veikia atmosferos dinamiką, šilumos paskirstymą ir debesų formavimąsi. Žinant tiek planetos sukimąsi, tiek atmosferos sudėtį, galima atkurti jos formavimosi kelio elementus. Ar ji susiformavo arčiau ir migravo į išorę? Ar ji gimė kaupimosi diske būdu arba per greitesnį susitraukimą, panašų į žvaigždžių formavimąsi? Sukimasis suteikia naują svertą šiai istorijai atskleisti.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Marquez, astrofizikė tirianti planetų formavimąsi, komentuoja: "Sukimas neša atmintį. Tai yra fosilinis įspaudas, rodantis, kaip augo pasaulis. Šie Kecko rezultatai verčia mus pergalvoti paprastas masės ir sukimosi prielaidas. Magnetiniai laukai ir disko sąveikos yra svarbūs būdais, kurių iki šiol pilnai neįvertinome. Su tokiais instrumentais kaip HISPEC galėsime susieti sukimąsi su atmosferos pirštų atspaudais ir sukurti pilnesnį naratyvą apie tai, kaip formuojasi planetos."
Jason Wang, vienas iš tyrimo bendraautorių, pabrėžė, kad išvados iš KPIC įtraukiamos į HISPEC dizainą, siekiant stumti sukimų matavimus link pasaulių, labiau panašių į mūsų Jupiterį. Planas yra išplėsti išmatuotų sukimų katalogą ir įtraukti laisvai sklandančias planetas, kurių atskira istorija suteikia papildomų apribojimų.
Išvados
Sukimasis nebeegzistuoja kaip tik smalsumas. Tai yra matuojama savybė, kuri koduoja formavimosi fiziką. Kecko kampanija atskleidė modelį: kai kontroliuojama dydis, amžius ir masė, dujiniai milžinai gali apsukti greičiau nei sunkesni rudieji nykštukai, ko priežastis greičiausiai magnetinis stabdymas, kuris sulėtino masyvesnius objektus formavimosi metu. Ši įžvalga perrašo dalį planetų formavimosi vadovėlio ir tiesiogiai nurodo būsimus darbus. Su patobulintais instrumentais ir didesnėmis apžvalgomis astronomai sujungs sukimąsi, sudėtį ir orbitinę architektūrą, kad sukurtų turtingesnį pasakojimą apie tai, kaip atsiranda planetų sistemos.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą