Det nuværende eksoplanetantal - antallet af planetastronomer har fundet kredsløb omkring andre stjerner - står på 312. Det er mange planeter. Men det kan hjælpe, hvis vi vidste nøjagtigt, hvor vi skulle se. Ny forskning ved hjælp af supercomputer-simuleringer af støvede diske omkring sollignende stjerner viser, at planeter næsten så små som Mars kan skabe mønstre i støvet, som fremtidige teleskoper muligvis kan registrere. Forskningen peger på en ny vej i søgen efter beboelige planeter. ”Det kan vare et stykke tid, før vi direkte kan afbilde jordlignende planeter omkring andre stjerner, men før da kan vi registrere de udsmykkede og smukke ringe, de skærer i interplanetalt støv,” siger Christopher Stark, undersøgelsens førende forsker ved University of Maryland, College Park.
I samarbejde med Marc Kuchner ved NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Modellerede Stark, hvordan 25.000 støvpartikler reagerede på tilstedeværelsen af en enkelt planet - lige fra massen af Mars til fem gange Jordens - kredsløb om en sollignende stjerne. Ved hjælp af NASAs Thunderhead-supercomputer på Goddard kørte forskerne 120 forskellige simuleringer, der varierede størrelsen på støvpartiklerne og planetens masse og orbitalafstand.
”Vores modeller bruger ti gange så mange partikler som tidligere simuleringer. Dette giver os mulighed for at studere kontrasten og formene på ringstrukturer, ”tilføjer Kuchner. Fra disse data kortlagde forskerne tætheden, lysstyrken og varmesignaturen som følge af hvert sæt parametre.
”Det er ikke meget værdsat, at planetariske systemer - inklusive vores egne - indeholder masser af støv,” tilføjer Stark. ”Vi vil lægge det støv, der fungerer for os.”
Meget af støvet i vores solsystem dannes indad i Jupiters bane, da kometer smuldrer tæt på solen og asteroider i alle størrelser kolliderer. Støvet reflekterer sollys og kan undertiden ses som en kileformet himmelglød - kaldet stjernetegn - før solopgang eller efter solnedgang.
Computermodellerne redegør for støvets reaktion på tyngdekraften og andre kræfter, inklusive stjernens lys. Stjernelys udøver et let træk på små partikler, der får dem til at miste orbitalenergi og køre tættere på stjernen.
”Partiklerne spiraler indad og bliver derefter midlertidigt fanget i resonanser med planeten,” forklarer Kuchner. En resonans opstår, hver gang en partikles orbitalperiode er et forhold mellem små tal - såsom to tredjedele eller fem-seksendedele - af planetens.
For eksempel, hvis en støvpartikel fremstiller tre kredsløb rundt om sin stjerne, hver gang planeten fuldender en, vil partiklen gentagne gange føle en ekstra tyngdekraftstræk på samme sted i sin bane. I et stykke tid kan denne ekstra skubbe udligne trækkraften fra stjernelys, og støvet kan sætte sig i subtile ringlignende strukturer.
”Partiklerne spiraler ind mod stjernen, bliver fanget i en resonans, falder ud af den, spiraler i noget mere, bliver fanget i en anden resonans og så videre,” siger Kuchner. Regnskab for det komplekse samspil mellem kræfter på titusinder af partikler krævede den matematiske hestekræft fra en supercomputer.
Nogle forskere bemærker, at tilstedeværelsen af store mængder støv kan udgøre en hindring for direkte billeddannelse af jordlignende planeter. Fremtidige rummissioner - såsom NASAs James Webb-rumteleskop, der nu er under opførelse og planlagt til lancering i 2013, og den foreslåede Terrestrial Planet Finder - vil studere nærliggende stjerner med støvede diske. Modellerne oprettet af Stark og Kuchner giver astronomer en forhåndsvisning af støvstrukturer, der signaliserer tilstedeværelsen af ellers skjulte verdener.
”Vores katalog vil hjælpe andre med at udlede en planets masse og orbitalafstand samt de dominerende partikelstørrelser i ringene,” siger Stark.
Stark og Kuchner offentliggjorde deres resultater i 10. oktober-udgaven af The Astrophysical Journal. Stark har gjort sit atlas med exo-zodiacal støvsimuleringer tilgængeligt online.
Kilde: Goddard Space Flight Center
