Milliárdnyi Föld lehet a galaxisban

A csillagok körüli bolygórendszerek, hasonlóan a saját Naprendszerünkhöz, a központi csillag körüli porkorongból alakultak ki. Az ebben levő anyag először apró csírákká csomósodik, majd a bolygócsírák egymás közötti ütközései, összetapadásai révén egyre nagyobb égitestek jönnek létre. A porkorong anyaga végül viszonylag kis számú nagyobb égitestbe, bolygókba és holdakba koncentrálódik. A folyamat leírásán túl azonban a jelenlegi modellek nem képesek előrejelezni azt, hogy hány csillagnak lehet valóban ilyen módon kialakult bolygórendszere.

Michael Meyer (University of Arizona) és kutatócsoportja a kérdés eldöntésére különböző korú közeli, a Naphoz hasonló csillagokat vizsgált meg. Mivel a porkorong központi csillag által felfűtött anyaga infravörös tartományban sugároz, a kutatók a Spitzer infravörös űrtávcsövet használták méréseikhez. A csillagtól való távolság függvényében a poranyag hőmérséklete, így a kibocsátott sugárzás hullámhossza is eltérő. A központi égitesthez legközelebb elhelyezkedő, legforróbb, akár 1000ºC hőmérsékletű anyag a rövidebb hullámhosszakon, 3,6 és 8 mikron között sugároz, míg a csillagtól távolabbi hideg, kb. -230 Celsius-fokos tartományok 70-160 mikronos hullámhosszakon észlelhetőek. A két szélsőség között (-180-tól +20ºC-ig) 24 mikronon sugárzó anyag található a csillagtól durván a Föld és a Jupiter naptávolságának megfelelő távolságban, így a kutatók ezen hullámhosszak vizsgálatára koncentráltak.

Az észlelt csillagokat koruk szerint hat csoportba sorolták: 3-10 millió, 10-30 millió, 30-100 millió, 100-300 millió, 300-1000 millió, valamint 1 és 3 milliárd év közötti korú osztályokba. A vizsgálatok elsődleges célja a porkorongok időbeli fejlődésének vizsgálata volt, különös tekintettel a Naprendszer keletkezését is leíró modellek ellenőrzésére. 4,6 milliárd évvel ezelőtt Naprendszerünk is egy hasonló porkorongból keletkezett, amelyből az elméletek szerint mintegy 10-50 millió évre volt szükség a bolygók kialakulásához.

Az eredmények szerint a négy fiatalabb csoportba tartozó csillagok 10-20 százalékánál megfigyelhető volt a 24 mikronos sugárzás, de sokkal ritkábban jelentkezett a 300 millió évnél idősebb csillagok esetén. Ez az időskála összhangban áll a Naprendszer kialakulására vonatkozó modellekkel. Az eredményeket megerősíti Smithsonian Astrophysical Observatory független vizsgálata, amelynek során 10-30 millió éves csillagok körüli poranyagra utaló jeleket mutattak ki. Ez a poranyag a modellek szerint a bolygókeletkezési folyamatok természetes velejárója, és az új adatok alapján akár minden ötödik Naphoz hasonló csillag körül kialakulhatnak Földhöz hasonló kőzetbolygók. Ez a fiatal csillagok ötödénél megfigyelhető sugárzás a csillag korosodása mellett továbbra is megfigyelhető, vagyis észlelhető a 10-30 millió, illetve még idősebb csillagok esetében is.

A bolygókeletkezés optimistább modellje szerint a nagyobb méretű és tömegű porkorongok viharos gyorsaságú ütközésk során nagyon gyorsan bolygókká fejlődnek. A rendszer gyors átalakulása következtében a kezdetben nagyon fényesen sugárzó korong igen gyorsan elhalványul. Ezzel szemben a kisebb tömegű korongokban a folyamatok lassabbak, mivel itt kisebb az esélye a részecskék ütközésének, ennek következtében a teljes fejlődés akár 10-100-szor hosszabb ideig húzódhat. Mindez akár azt is jelentheti, hogy a megfigyelt csillagoknak nemcsak egyötödénél, hanem akár 62%-uknál már léteznek, vagy éppen formálódnak a bolygók. A valódi érték valószínűleg a kb. 20%-os alsó határ és az optimista becsléssel kapott 60% körüli felső határérték között található; az mindenesetre valószínűsíthető, hogy a Nap típusú csillagok meglepően nagy hányada körül keringhetnek Föld típusú bolygók. Mindez pedig azért fontos, mert az eddig felfedezett exobolygók döntő többségükben a Jupiterhez hasonló óriás planéták, nem pedig a Földhöz hasonló kőzetbolygók.

A kis méretű bolygók közvetlen észlelése, illetve fényük spektroszkópiai elemzése azonban igen nehéz feladat. A megjósolt nagy számú Föld típusú bolygó közvetlen kimutatására a NASA 2009 elején pályára állítandó Kepler űrtávcsöve lesz képes, ami a csillagok előtt áthaladó bolygók okozta kis mértékű fénycsökkenéseket fogja detektálni. Ezen kívül fontos szerepet játszhat a bolygórendszerek vizsgálatában a tervek szerint 2016-ra elkészülő Giant Magellan Telescope, amely összesen hét 8,4 m-es tükrének köszönhetően egy 25 m-es óriástávcső teljesítményével fogja gyűjteni a halvány égitestek fényét.