I decennier har forskare teoretiserat att det bortom solsystemets utkant, på ett avstånd av upp till 50 000 AU (0,79 ly) från solen, ligger ett massivt moln av isiga planetesimaler, känt som Oort moln . Uppkallad efter den holländska astronomen Jan Oorts ära, tros detta moln vara där långtidskometer kommer ifrån. Men hittills har inga direkta bevis tillhandahållits för att bekräfta Oort-molnets existens.
Detta beror på det faktum att Oortmolnet är mycket svårt att observera, eftersom det är ganska långt från solen och spritt över ett mycket stort område i rymden. Men i en nyligen genomförd studie , ett team av astrofysiker från University of Pennsylvania föreslog en radikal idé. Använda kartor över Kosmisk mikrovågsugn bakgrund (CMB) skapad av Planckuppdrag och andra teleskop tror de att Oorts moln runt andra stjärnor kan upptäckas.
Studien – ' Undersöka Oorts moln runt Vintergatans stjärnor med CMB-undersökningar ', som nyligen dök upp online - leddes av Eric J Baxter, en postdoktor från Institutionen för fysik och astronomi vid University of Pennsylvania. Han fick sällskap av Pennsylvania-professorerna Cullen H. Blake och Bhuvnesh Jain (Baxters primära mentor).
För att sammanfatta är Oorts moln en hypotetisk region i rymden som tros sträcka sig från mellan 2 000 och 5 000 AU (0,03 och 0,08 ly) till så långt som 50 000 AU (0,79 ly) från solen – även om vissa uppskattningar tyder på att den kan nå så långt som 100 000 till 200 000 AU (1,58 och 3,16 ly). Som Cooper bälte och den Spridd skiva , är Oortmolnet en reservoar av trans-neptuniska föremål , även om det är över tusen gånger längre bort från vår sol som dessa andra två.
Detta moln tros ha sitt ursprung från en population av små, isiga kroppar inom 50 AU från solen som fanns när solsystemet fortfarande var ungt. Med tiden har man en teori om att orbitala störningar orsakade av jätteplaneterna fick de objekt som hade mycket stabila banor att bilda Kuiperbältet längs ekliptikplanet, medan de som hade mer excentriska och avlägsna banor bildade Oortmolnet.
Enligt Baxter och hans kollegor, eftersom existensen av Oortmoln spelade en viktig roll i bildandet av solsystemet, är det därför logiskt att anta att andra stjärnsystem har sina egna Oortmoln – som de refererar till som exo-Oort Moln (EXOC). Som Dr. Baxter förklarade för Universe Today via e-post:
'En av de föreslagna mekanismerna för bildandet av Oorts moln runt vår sol är att några av objekten i den protoplanetära skivan i vårt solsystem kastades ut i mycket stora, elliptiska banor genom interaktioner med jätteplaneterna. Dessa objekts banor påverkades sedan av närliggande stjärnor och galaktiska tidvatten, vilket fick dem att avvika från banor som var begränsade till solsystemets plan och bildade det nu sfäriska Oort-molnet. Du kan föreställa dig att en liknande process kan inträffa runt en annan stjärna med gigantiska planeter, och vi vet att det finns många stjärnor där ute som har gigantiska planeter.'
Som Baxter och hans kollegor indikerade i sin studie är det svårt att upptäcka EXOCs, till stor del av samma anledningar till varför det inte finns några direkta bevis för solsystemets eget Oort-moln. För det första finns det inte mycket material i molnet, med uppskattningar som sträcker sig från några till tjugo gånger jordens massa. För det andra är dessa föremål väldigt långt borta från vår sol, vilket betyder att de inte reflekterar mycket ljus eller har starka termiska utsläpp.
Av denna anledning rekommenderade Baxter och hans team att använda kartor över himlen med millimeter och submillimeter våglängder för att söka efter tecken på Oorts moln runt andra stjärnor. Sådana kartor finns redan, tack vare uppdrag somPlanckteleskop som har kartlagt Cosmic Microwave Background (CMB). Som Baxter indikerade:
'I vår tidning använder vi kartor över himlen vid 545 GHz och 857 GHz som genererades från observationer av Planck-satelliten. Planck var i stort sett designad *endast* för att kartlägga CMB; det faktum att vi kan använda detta teleskop för att studera exo-Oort-moln och potentiellt processer kopplade till planetbildning är ganska överraskande!”
Detta är en ganska revolutionerande idé, eftersom upptäckten av EXOC inte var en del av det avsedda syftet medPlanckuppdrag. Genom att kartlägga CMB, som är 'relikstrålning' som blivit över från Big Bang, har astronomer försökt lära sig mer om hur universum har utvecklats sedan det tidiga universum - cirka. 378 000 år efter Big Bang. Men deras studie bygger på tidigare arbete ledd av Alan Stern (huvudutredaren för Nya horisonter uppdrag).
All-sky-data erhållna av ESA:s Planck-uppdrag, som visar de olika våglängderna. Kredit: ESA
1991, tillsammans med John Stocke (vid University of Colorado, Boulder) och Paul Weissmann (från NASA:s Jet Propulsion Laboratory), genomförde Stern en studie med titeln ' En IRAS-sökning efter extrasolära Oort-moln '. I denna studie föreslog de att man skulle använda data från Infraröd astronomisk satellit (IRAS) i syfte att söka efter EXOC. Men medan denna studie fokuserade på vissa våglängder och 17 stjärnsystem, litade Baxter och hans team på data för tiotusentals system och vid ett bredare våglängdsområde.
Andra nuvarande och framtida teleskop som Baxter och hans team tror kan vara användbara i detta avseende inkluderar Sydpolen teleskop , som ligger vid Amundsen–Scott South Pole Station i Antarktis; de Atacama kosmologiteleskop och den Simons observatorium i Chile; de Ballongburet submillimeterteleskop med stor bländare (BLAST) i Antarktis; de Green Bank Telescope i West Virgina och andra.
'Dessutom harGaiasatelliten har nyligen kartlagt mycket exakt positionerna och avstånden för stjärnor i vår galax, tillade Baxter. 'Detta gör det relativt enkelt att välja mål för exo-Oort-molnsökningar. Vi använde en kombination avGaiaochPlanckdata i vår analys.”
För att testa sin teori har Baxter och teamet konstruerat en serie modeller för termisk emission av exo-Oort-moln. 'Dessa modeller föreslog att det var möjligt att upptäcka exo-Oort-moln runt närliggande stjärnor (eller åtminstone sätta gränser för deras egenskaper) med tanke på befintliga teleskop och observationer,' sa han. 'Särskilt föreslog modellerna att data frånPlancksatellit kan potentiellt komma nära att upptäcka ett exo-Oort-moln som vårt eget runt en närliggande stjärna.'
De relativa storlekarna på det inre solsystemet, Kuiperbältet och Oortmolnet. (Kredit: NASA, William Crochot)
Dessutom upptäckte Baxter och hans team också en antydan till en signal kring några av stjärnorna som de övervägde i sin studie - speciellt i Vega- och Formalhaut-systemen. Med hjälp av dessa data kunde de sätta begränsningar för den möjliga existensen av EXOCs på ett avstånd av 10 000 till 100 000 AU från dessa stjärnor, vilket ungefär sammanfaller med avståndet mellan vår sol och Oortmolnet.
Ytterligare undersökningar kommer dock att behövas innan förekomsten av någon av EXOC kan bekräftas. Dessa undersökningar kommer sannolikt att involvera James Webb rymdteleskop , som är planerad att lanseras 2021. Under tiden har denna studie några ganska betydande konsekvenser för astronomer, och inte bara för att den involverar användningen av befintliga CMB-kartor för studier utanför solenergin. Som Baxter uttryckte det:
'Bara att upptäcka ett exo-Oort-moln skulle vara riktigt intressant, eftersom vi, som jag nämnde ovan, inte har några direkta bevis för existensen av vårt eget Oort-moln. Om du fick en upptäckt av ett exo-Oort-moln skulle det i princip kunna ge insikter i processer kopplade till planetbildning och utvecklingen av protoplanetära skivor. Föreställ dig till exempel att vi bara upptäckte exo-Oort-moln runt stjärnor som har gigantiska planeter. Det skulle ge ganska övertygande bevis för att bildandet av ett Oort-moln är kopplat till gigantiska planeter, vilket antyds av populära teorier om bildandet av vårt eget Oort-moln.'När vår kunskap om universum ökar, blir forskare allt mer intresserade av vad vårt solsystem har gemensamt med andra stjärnsystem. Detta i sin tur hjälper oss att lära oss mer om bildandet och utvecklingen av vårt eget system. Det ger också möjliga ledtrådar om hur universum förändrades över tiden, och kanske till och med var liv kan hittas en dag.
Vidare läsning: arXiv