Ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής την Alexandra Doyle από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας (UCLA) ανέπτυξε μία νέα μέθοδο για την λεπτομερή διερεύνηση της γεωχημείας ενός εξωπλανήτη, η οποία βασίζεται στην χημική ανάλυση των στοιχείων που εμπεριέχονται στα βραχώδη συντρίμμια πλανητών και αστεροειδών, τα οποία απορροφήθηκαν από λευκούς νάνους. Σύμφωνα με την σχετική έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, οι βραχώδεις εξωπλανήτες που έχουν παρόμοιες γεωφυσικές και γεωχημικές ιδιότητες με τον πλανήτη μας είναι αρκετά συνηθισμένοι στο Σύμπαν.

Οι λευκοί νάνοι αποτελούν το τελικό στάδιο της εξέλιξης των άστρων που είναι παρόμοια με τον Ήλιο, είναι δηλαδή τα «λείψανα» άστρων με μάζες που κυμαίνονται μεταξύ των 0,8–8 ηλιακών μαζών. Οι λευκοί νάνοι σχηματίζονται όταν τα άστρα αυτά διογκωθούν σε κόκκινους γίγαντες και εκτινάξουν τις εξωτερικές τους στιβάδες στο Διάστημα, σχηματίζοντας αέρια νεφελώματα. Στο κέντρο του διαστελλόμενου νεφελώματος, ο πυρήνας του μητρικού άστρου έχει συμπιεστεί σ’ έναν λευκό νάνο, στο εσωτερικό του οποίου οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης έχουν σβήσει. Με τυπική διάμετρο συγκρίσιμη μ’ αυτήν της Γης, αλλά και μάζα συγκρίσιμη μ’ αυτήν του Ήλιου, οι λευκοί νάνοι εμπεριέχουν την πιο συμπυκνωμένη μορφή ύλης που μπορεί να υπάρξει στο Σύμπαν, με εξαίρεση τα άστρα νετρονίων και τις μαύρες τρύπες φυσικά.

Εξαιτίας της τεράστιας πυκνότητας που τους χαρακτηρίζει, οι λευκοί νάνοι διαθέτουν ένα πολύ ισχυρό βαρυτικό πεδίο, που σημαίνει ότι, εάν εμπεριέχουν βαρύτερα στοιχεία, αυτά βυθίζονται γρήγορα στο εσωτερικό τους. Γι’ αυτό και οι περισσότεροι λευκοί νάνοι περιβάλλονται από μια λεπτή ατμόσφαιρα, η οποία αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά είτε από υδρογόνο είτε από ήλιο. Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, ανακαλύφθηκαν και ορισμένοι λευκοί νάνοι, η ατμόσφαιρα των οποίων είναι «επιμολυσμένη» με βαρύτερα στοιχεία, όπως το πυρίτιο, το μαγνήσιο και ο σίδηρος. Τα στοιχεία αυτά στην ατμόσφαιρα ενός λευκού νάνου προέρχονται από βραχώδεις πλανήτες και αστεροειδείς που περιφέρονταν κάποτε σε μικρή απόσταση γύρω του, οι οποίοι διαλύθηκαν από τις παλιρροϊκές δυνάμεις που ασκούσε ο λευκός νάνος και εντέλει τα συντρίμμια τους απορροφήθηκαν και επιμόλυναν την ατμόσφαιρά του. Πιθανότατα, μάλιστα, η επιμόλυνση αυτή πρέπει να συνέβη σχετικά πρόσφατα, διότι σε διαφορετική περίπτωση αυτά τα βαρύτερα χημικά στοιχεία θα έπρεπε να έχουν ήδη βυθιστεί στο εσωτερικό του.

Ειδικότερα, η Doyle και οι συνάδελφοί της πραγματοποίησαν φασματοσκοπικές αναλύσεις της ακτινοβολίας που εκλύουν 6 λευκοί νάνοι, προκειμένου να προσδιορίσουν το ποσοστό οξυγόνου, σιδήρου, μαγνησίου, πυριτίου, ασβεστίου και αλουμινίου που εμπεριέχουν οι ατμόσφαιρές τους, που είναι και τα βασικά χημικά στοιχεία απ’ τα οποία απαρτίζονται τα γήινα πετρώματα. Η ανάλυση των σχετικών δεδομένων έδειξε ότι τα βραχώδη συντρίμμια των πλανητών και των αστεροειδών που απορροφήθηκαν από τους λευκούς νάνους της μελέτης αυτής μοιάζουν εκπληκτικά με τα πετρώματα που υπάρχουν στη Γη.

Η βασικότερη ένδειξη γι’ αυτό προήλθε από την οξείδωση του σιδήρου, την αλληλεπίδραση δηλαδή του σιδήρου με το οξυγόνο, που δημιουργεί την σκουριά. Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες της μελέτης προσπάθησαν να υπολογίσουν τον βαθμό οξείδωσης αυτών των συντριμμιών, που σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες προσδιορίζει το μέγεθος του μεταλλικού πυρήνα ενός πλανήτη, την γεωχημεία του μανδύα και του φλοιού του και την σύσταση της ατμόσφαιράς του. Γνωρίζουμε από προηγούμενες έρευνες ότι τα περισσότερα βραχώδη σώματα του Ηλιακού συστήματος έχουν σχετικά υψηλά ποσοστά οξείδωσης. Αυτό οφείλεται στις συνθήκες που επικρατούσαν την πρώτη περίοδο της εξέλιξης του Ηλιακού μας συστήματος, όταν οι πρώτες συσσωματώσεις ύλης απ’ τις οποίες προήλθαν τα ουράνια σώματα που το απαρτίζουν, διαμορφώνονταν σε ένα περιβάλλον εμπλουτισμένο και με οξυγόνο.

Σ’ αυτό το πλαίσιο, η Doyle και οι συνάδελφοί της διερεύνησαν το κατά πόσο οι διεργασίες που οδήγησαν στην οξείδωση των πετρωμάτων που απαρτίζουν τα ουράνια σώματα του Ηλιακού συστήματος παρατηρούνται και σε άλλα πλανητικά συστήματα και κατά συνέπεια εάν τα γεωφυσικά και γεωχημικά χαρακτηριστικά της Γης παρατηρούνται και σε άλλους βραχώδεις εξωπλανήτες.

Υπολογίζοντας την περιεκτικότητα σε οξειδωμένο σίδηρο των πετρωμάτων που είχαν επιμολύνει τους λευκούς νάνους, οι επιστήμονες  ανακάλυψαν ότι η χημική σύσταση των πλανητών και των αστεροειδών που κάποτε βρίσκονταν σε τροχιά γύρω από τα άστρα αυτά είναι παρόμοια με αυτή που έχει η Γη, ο Άρης και οι αστεροειδείς. Με άλλα λόγια, τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής καταδεικνύουν ότι «τουλάχιστον ορισμένοι εξωπλανήτες είναι γεωφυσικά και γεωχημικά παρόμοιοι με την Γη».

Περισσότερες πληροφορίες για τους εξωπλανήτες, τις βασικές μεθόδους εντοπισμού τους, καθώς και την προσπάθεια για αναζήτηση ζωής και αλλού στο Σύμπαν, μπορείτε να αντλήσετε από το βιβλίο της παράστασης Ζωή στο Σύμπαν.


Η φωτογραφία είναι καλλιτεχνική αναπαράσταση ενός δίσκου σκόνης γύρω από λευκό νάνο
[φωτογρ. NASA, ESA, STScI, and G. Bacon (STScI)]

 

π