Ανάμεσα σε περισσότερους από 4.500 γνωστούς αστέρες που φιλοξενούν πλανήτες, οι αστρονόμοι εντόπισαν ένα εντυπωσιακό μοτίβο: ενώ οι πλανήτες θεωρείται ότι σχηματίζονται γύρω από τους περισσότερους αστέρες, και πολλοί από αυτούς υπάρχουν σε ζεύγη, οι κόσμοι που περιφέρονται ταυτόχρονα γύρω από δύο άστρα είναι εξαιρετικά σπάνιοι.
Από τους περισσότερους από 6.000 επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα – κυρίως χάρη στα τηλεσκόπια Kepler και TESS της NASA – μόλις 14 έχουν βρεθεί να κινούνται γύρω από διπλά αστρικά συστήματα. Οι επιστήμονες περίμεναν εκατοντάδες. Το ερώτημα παραμένει: πού βρίσκονται οι πραγματικοί «Tatooine» του διαστήματος;
Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ και του Αμερικανικού Πανεπιστημίου της Βηρυτού προτείνουν τώρα μια εξήγηση που συνδέεται άμεσα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Η βαρύτητα και οι τροχιές σε διπλά αστρικά συστήματα
Σε ένα τυπικό δυαδικό σύστημα, δύο αστέρες με ελαφρώς διαφορετική μάζα κινούνται ο ένας γύρω από τον άλλο σε ελλειπτικές τροχιές. Ένας πλανήτης που περιφέρεται γύρω από αμφότερους δέχεται ανταγωνιστικές βαρυτικές δυνάμεις, οι οποίες προκαλούν μια αργή περιστροφή της τροχιάς του, γνωστή ως μετάπτωση.
Οι ίδιοι οι αστέρες παρουσιάζουν επίσης μετάπτωση, αλλά για διαφορετικούς λόγους, επηρεασμένοι από τις αρχές της γενικής σχετικότητας. Με την πάροδο του χρόνου, οι παλιρροϊκές δυνάμεις τους φέρνουν πιο κοντά, επιταχύνοντας τη δική τους μετάπτωση και επιβραδύνοντας αυτήν του πλανήτη.
Όταν οι δύο ρυθμοί ευθυγραμμιστούν, δημιουργείται μια συντονισμένη κατάσταση. Τότε η τροχιά του πλανήτη γίνεται ασταθής, με αποτέλεσμα να πλησιάζει επικίνδυνα το ένα άστρο ή να εκτινάσσεται εκτός συστήματος.
«Δύο πράγματα μπορούν να συμβούν: είτε ο πλανήτης πλησιάζει υπερβολικά και καταστρέφεται, είτε η τροχιά του διαταράσσεται τόσο ώστε να εκτοπιστεί από το σύστημα», εξηγεί ο Mohammad Farhat, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο UC Berkeley και πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Και στις δύο περιπτώσεις, ο πλανήτης χάνεται».
Αυτό δεν σημαίνει ότι τα διπλά άστρα στερούνται πλανητών. Οι υπάρχοντες συνήθως κινούνται σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις, κάτι που καθιστά την ανίχνευσή τους δύσκολη με τις τρέχουσες μεθόδους.
Η «έρημος» των πλανητών γύρω από στενά δυαδικά άστρα
Τα τηλεσκόπια Kepler και TESS εντοπίζουν πλανήτες μέσω μικρών μειώσεων στη φωτεινότητα των άστρων όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά τους. Το Kepler έχει καταγράψει περίπου 3.000 διπλά συστήματα όπου το ένα άστρο εκλείπει το άλλο.
Αν υποτεθεί ότι το 10% των άστρων σαν τον Ήλιο φιλοξενεί μεγάλους πλανήτες, τότε θα έπρεπε να υπάρχουν περίπου 300 τέτοια συστήματα. Ωστόσο, έχουν εντοπιστεί μόλις 47 υποψήφια και μόνο 14 επιβεβαιωμένα.
Κανένας από αυτούς τους πλανήτες δεν περιφέρεται γύρω από πολύ στενά δυαδικά άστρα με περίοδο μικρότερη των επτά ημερών. «Υπάρχει μια πραγματική έλλειψη πλανητών γύρω από τέτοια συστήματα», σημειώνει ο Farhat.
Οι επιστήμονες εντοπίζουν σε αυτά τα συστήματα μια «ζώνη αστάθειας», όπου οι βαρυτικές επιδράσεις των δύο άστρων καθιστούν αδύνατη τη σταθερή τροχιά ενός πλανήτη. Ενδιαφέρον είναι ότι 12 από τους 14 γνωστούς πλανήτες αυτού του τύπου κινούνται ακριβώς πέρα από αυτή τη ζώνη, γεγονός που δείχνει ότι πιθανότατα σχηματίστηκαν μακρύτερα και μετακινήθηκαν προς τα μέσα.
Ο ρόλος του Αϊνστάιν στην εξαφάνιση των πλανητών
Ο καθηγητής Jihad Touma από το Αμερικανικό Πανεπιστήμιο της Βηρυτού είχε υποψιαστεί εδώ και καιρό ότι η γενική σχετικότητα μπορεί να επηρεάζει τη συμπεριφορά των πλανητών σε διπλά συστήματα. Με τη βοήθεια μαθηματικών υπολογισμών και προσομοιώσεων, η ομάδα έδειξε ότι οι σχετικιστικές επιδράσεις μπορούν να αποσταθεροποιήσουν έως και το 80% των πλανητών γύρω από στενά δυαδικά άστρα.
Η θεωρία της σχετικότητας, που διατύπωσε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915, περιγράφει τη βαρύτητα ως καμπύλωση του χωροχρόνου από τη μάζα. Η πρώτη της επιβεβαίωση προήλθε από τη μελέτη της τροχιάς του Ερμή, η οποία μεταβάλλεται περισσότερο απ’ όσο προέβλεπαν οι νόμοι του Νεύτωνα.
Παρόμοια φαινόμενα συμβαίνουν και στα δυαδικά συστήματα. Καθώς τα άστρα πλησιάζουν λόγω παλιρροϊκών δυνάμεων, η τροχιά τους αλλάζει και η μετάπτωση αυξάνεται. Όταν ο ρυθμός μετάπτωσης των άστρων ταυτιστεί με εκείνον του πλανήτη, ο τελευταίος εισέρχεται σε συντονισμό, με αποτέλεσμα η τροχιά του να επιμηκύνεται και τελικά να καθίσταται ασταθής.
«Ένας πλανήτης που παγιδεύεται σε συντονισμό βλέπει την τροχιά του να παραμορφώνεται ολοένα και περισσότερο, μέχρι να εισέλθει στη ζώνη αστάθειας και να εκτοπιστεί ή να καταστραφεί», εξηγεί ο Touma. Ο Farhat προσθέτει ότι «μόνο και μόνο ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζονται αυτά τα στενά δυαδικά συστήματα αρκεί για να εξαφανίσει φυσικά τους πλανήτες».
Επιπτώσεις για το σύμπαν
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι ίδιες διαδικασίες μπορεί να ευθύνονται για την απουσία πλανητών και σε άλλα δυαδικά συστήματα, ακόμη και γύρω από ζεύγη νετρονίων άστρων ή μαύρες τρύπες. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal Letters, δείχνει πώς η θεωρία του Αϊνστάιν εξακολουθεί να καθορίζει την κατανόησή μας για το σύμπαν, επηρεάζοντας ακόμη και περιοχές όπου η κλασική φυσική θεωρούνταν επαρκής.
«Έναν αιώνα μετά τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι οι σχετικιστικές επιδράσεις μπορούν να διαταράξουν ή να σταθεροποιήσουν ολόκληρα πλανητικά συστήματα», καταλήγει ο Touma.
Πηγή: Science Daily
