על פי ההערכות הנוכחיות, יכולים להיות עד 100 מיליארד כוכבי לכת בגלקסיית שביל החלב בלבד. לרוע המזל, מציאת עדויות לכוכבי הלכת הללו היא עבודה קשה, שדורשת זמן רב. לרוב, אסטרונומים נאלצים להסתמך על שיטות עקיפות המודדות טבילות בהירות הכוכב (שיטת הטרנזיט) של מדידות דופלר על תנועת הכוכב עצמו (שיטת המהירות הרדיאלית).
הדמיה ישירה קשה מאוד בגלל השפעתם המבטלת של הכוכבים, כאשר בהירותם מקשה על נקודה של כוכבי לכת המקיפים אותם. למרבה המזל מחקר חדש שהוביל מרכז העיבוד והניתוח האינפרא אדום (IPAC) ב- Caltech קבע כי יתכן וקיצור דרך למציאת exoplanets באמצעות הדמיה ישירה. הפיתרון, לטענתם, הוא לחפש מערכות עם דיסק פסולת סביב, שכן הם בטוחים שיהיה להם לפחות כוכב ענק אחד.
המחקר, שכותרתו "סקר הדמיה ישירה של דיסקים שוכרו אבני שקע: התרחשות כוכבי לכת ענקיים במערכות אבק", הופיע לאחרונה ב כתב העת האסטרונומי. טיפאני משקט, עוזרת מדענית מחקר ב- IPAC / Caltech, הייתה הסופרת הראשית במחקר אותו ביצעה במהלך עבודתה במעבדת ההנעה סילונית של נאס"א כחוקרת דוקטורט.
לצורך מחקר זה, ד"ר משקט ועמיתיה בדקו נתונים על 130 מערכות חד-כוכביות שונות עם דיסקי פסולת, אותם השוו אז ל 277 כוכבים שלא נראה כי הם מארחים דיסקים. כוכבים אלה נצפו על ידי טלסקופ החלל שפיצר של נאס"א והיו צעירים יחסית בגיל (פחות ממיליארד שנה). מבין 130 מערכות אלה 100 נחקרו בעבר לצורך מציאת exoplanets.
לאחר מכן ד"ר משקט וצוותה עקבו אחר 30 המערכות הנותרות באמצעות נתונים של ה- W.M. מצפה הכוכבים בקק בהוואי והמצפה הכוכב האירופי הדרומי (ESO) טלסקופ גדול מאוד (VLT) בצ'ילה. הם אמנם לא זיהו שום כוכבי לכת חדשים במערכות אלה, אולם בחינותיהם עזרו לאפיין את שפע הפלנטות במערכות שהיו בהן דיסקים.
מה שהם מצאו הוא שכוכבים צעירים עם דיסקי פסולת נוטים יותר להופיע גם במרחבי רחצה ענקיים עם מסלולי רחבה גדולים מכאלה שלא. כוכבי הלכת הללו היו ככל הנראה בעלי פי חמישה מהמסה של יופיטר, ובכך הפכו אותם ל"צופים סופר ". כפי שהסביר ד"ר משקט בהודעה לעיתונות שהתפרסמה לאחרונה על ידי נאס"א, מחקר זה יועיל כשמגיע הזמן לציידי אקסופלט לבחור את יעדיהם:
המחקר שלנו חשוב לאופן בו המשימות העתידיות יתכננו אילו כוכבים כדאי לצפות. כוכבי לכת רבים שנמצאו באמצעות הדמיה ישירה היו במערכות שהיו בהן דיסקי פסולת, וכעת אנו יודעים שהאבק יכול להיות אינדיקטורים לעולמות שלא נחשפו. "
המחקר הזה, שהיה הבדיקה הגדולה ביותר של כוכבים עם דיסקי פסולת מאובקים, סיפק גם את העדויות הטובות ביותר עד כה לכך שכוכבי לכת ענקיים אחראים על שמירת דיסקי הפסולת בבדיקה. בעוד שהמחקר לא פתר באופן ישיר מדוע נוכחותו של כוכב לכת ענקי תגרום להיווצרות דיסקים של פסולת, המחברים מצביעים על כך שתוצאותיהם תואמות את התחזיות כי דיסקים של פסולת הם תוצר של כוכבי לכת ענקיים שמתעוררים וגורמים להתנגשויות אבק.
במילים אחרות, הם מאמינים כי כוח המשיכה של כוכב לכת ענק יגרום להתנגשות פלסטינים ובכך ימנע מהם ליצור כוכבי לכת נוספים. כפי שהסביר מחבר-המחקר דימיטרי מאווט, שהוא גם מדען מחקר בכיר ב- JPL:
"יתכן שאנחנו לא מוצאים כוכבי לכת קטנים במערכות האלה מכיוון שבתחילת הדרך הגופות המסיביות האלה הרסו את אבני הבניין של כוכבי לכת סלעיים, שולחים אותם מתנפצים זה לזה במהירות גבוהה במקום לשלב בעדינות. "
בתוך מערכת השמש, כוכבי הלכת הענק יוצרים חגורות פסולת מסוגים שונים. לדוגמה, בין מאדים לצדק, יש לך חגורת האסטרואידים הראשית, בעוד שמעבר לנפטון נמצאת חגורת קויפר. לרבים מהמערכות שנבדקו במחקר זה יש גם שתי חגורות, אם כי הן צעירות משמעותית מהחגורות של מערכת השמש עצמה - בני כמיליארד שנה לעומת 4.5 מיליארד שנה.
אחת המערכות שנבדקו במחקר הייתה Beta Pictoris, מערכת שיש לה דיסק פסולת, שביטים ואחת מה- Exoplanet מאושרות. כוכב לכת זה, המכונה Beta Pictoris b, שיש בו 7 המוני צדק ומקיף את הכוכב במרחק של 9 AUS - כלומר פי תשע מהמרחק בין כדור הארץ לשמש. מערכת זו צולמה ישירות על ידי אסטרונומים בעבר באמצעות טלסקופים מבוססי קרקע.
באופן מעניין, אסטרונומים חזו את קיומה של אקסופלאנט זה הרבה לפני שהוא אושר, בהתבסס על נוכחות ומבנה דיסק הפסולת של המערכת. מערכת נוספת שנחקרה הייתה HR8799, מערכת עם דיסק פסולת שיש לה שתי חגורות אבק בולטות. במערכות מסוג זה ניתן להסיק על נוכחותם של כוכבי לכת ענקיים יותר על סמך הצורך לשמור על חגורות האבק הללו.
זה האמין שזה המקרה למערכת השמש שלנו, שלפני כ -4 מיליארד שנה, כוכבי הלכת הענק הסיטו כוכבי שביט עוברים לעבר השמש. זה הביא להפצצה הכבדה המאוחרת, שבה כוכבי הלכת הפנימיים היו נתונים לאינספור פגיעות שנראות לעין עד היום. מדענים גם מאמינים כי בתקופה זו הנדידות יופיטר, סטורן, אורנוס ונפטון הסיטו אבק וגופות קטנות ליצירת חגורת קויפר וחגורת האסטרואידים.
ד"ר משקט וצוותה גם ציינו כי המערכות שבדקו מכילות הרבה יותר אבק מאשר מערכת השמש שלנו. ניתן היה לייחס להבדלי הגילאים שלהן. במקרה של מערכות בנות כמיליארד שנה, הנוכחות המוגברת של אבק יכולה להיות תוצאה של גופים קטנים שעדיין לא יצרו גופים גדולים יותר המתנגשים. מכאן ניתן להסיק שמערכת השמש שלנו הייתה גם פעם הרבה יותר מאובקת.
עם זאת, החוקרים מציינים כי ייתכן שהמערכות שצפו - שיש להן כוכב לכת ענק ודיסק פסולת - עשויות להכיל יותר כוכבי לכת שפשוט לא התגלו עדיין. בסופו של דבר הם מסכימים כי יש צורך בנתונים רבים יותר לפני שניתן יהיה להחשיב את התוצאות הללו כמוחלטות. אך בינתיים מחקר זה יכול לשמש כמדריך היכן ניתן למצוא exoplanets.
כפי שקארל סטפילפלדט, המדען הראשי במשרד התוכנית לחקר הניתוח Exoplanet וסופר משותף למחקר, הצהיר:
"על ידי הצגת אסטרונומים שבהם למשימות עתידיות כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א יש את הסיכוי הטוב ביותר שלהם למצוא exoplanets ענק, מחקר זה סולל את הדרך לתגליות עתידיות."
בנוסף, מחקר זה יכול לעזור ליידע את ההבנה האישית שלנו לגבי התפתחות מערכת השמש במהלך מיליארדי שנים. מזה זמן מתלבטים אסטרונומים אם כוכבי לכת כמו יופיטר היגרו לעמדותיהם הנוכחיות, או כיצד הדבר השפיע על התפתחות מערכת השמש. ונמשך ויכוח כיצד נוצרה החגורה הראשית (כלומר ריקה ממלואה).
אחרון חביב, הוא יכול היה ליידע סקרים עתידיים, וליידע את האסטרונומים אילו מערכות כוכבים מתפתחות באותו הקווים כמו שלנו, לפני מיליארדי שנים. בכל מקום שיש למערכות כוכבים דיסקי פסולת, הם מסיקים נוכחות של ענק גז ענקי במיוחד. ובמקום שיש להם דיסק עם שתי חגורות אבק בולטות, הם יכולים להסיק שגם הוא יהפוך למערכת המכילה כוכבי לכת רבים ושתי חגורות.
