Het huidige aantal exoplaneten - het aantal planeten dat astronomen in een baan om andere sterren hebben gevonden - staat op 312. Dat zijn veel planeten. Maar het zou helpen als we precies wisten waar we moesten zoeken. Nieuw onderzoek met behulp van supercomputersimulaties van stoffige schijven rond zonachtige sterren toont aan dat planeten die bijna zo klein zijn als Mars patronen in het stof kunnen creëren die toekomstige telescopen mogelijk kunnen detecteren. Het onderzoek wijst op een nieuwe weg in de zoektocht naar bewoonbare planeten. "Het kan even duren voordat we aardachtige planeten direct rond andere sterren kunnen zien, maar daarvoor kunnen we de sierlijke en mooie ringen die ze in interplanetair stof snijden, detecteren", zegt Christopher Stark, de hoofdonderzoeker van de studie. aan de Universiteit van Maryland, College Park.
In samenwerking met Marc Kuchner in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Md., Modelleerde Stark hoe 25.000 stofdeeltjes reageerden op de aanwezigheid van een enkele planeet - variërend van de massa van Mars tot vijf keer de aarde - in een baan rond een zonachtige ster. Met behulp van NASA's Thunderhead-supercomputer op Goddard voerden de wetenschappers 120 verschillende simulaties uit die de grootte van de stofdeeltjes en de massa en baan van de planeet varieerden.
“Onze modellen gebruiken tien keer zoveel deeltjes als eerdere simulaties. Zo kunnen we het contrast en de vormen van ringstructuren bestuderen ”, voegt Kuchner toe. Uit deze gegevens brachten de onderzoekers de dichtheid, helderheid en hittesignatuur in kaart die het resultaat was van elke set parameters.
"Het wordt niet algemeen gewaardeerd dat planetaire systemen - inclusief die van onszelf - veel stof bevatten", voegt Stark toe. "We gaan dat stof voor ons aan het werk zetten."
Veel van het stof in ons zonnestelsel vormt zich binnen de baan van Jupiter, terwijl kometen in de buurt van de zon afbrokkelen en asteroïden van elke grootte botsen. Het stof weerkaatst zonlicht en kan soms worden gezien als een wigvormige hemelgloed - het zodiakale licht genoemd - voor zonsopgang of na zonsondergang.
De computermodellen zijn verantwoordelijk voor de reactie van het stof op de zwaartekracht en andere krachten, waaronder het licht van de ster. Sterrenlicht oefent een kleine weerstand uit op kleine deeltjes waardoor ze orbitale energie verliezen en dichter bij de ster drijven.
"De deeltjes draaien naar binnen en raken dan tijdelijk gevangen in resonanties met de planeet", legt Kuchner uit. Een resonantie treedt op wanneer de baanperiode van een deeltje een kleine getalverhouding is, zoals tweederde of vijf zesde, van de planeet.
Als een stofdeeltje bijvoorbeeld elke keer dat de planeet één voltooit drie banen rond zijn ster maakt, zal het deeltje op hetzelfde punt in zijn baan herhaaldelijk een extra zwaartekracht voelen. Een tijdje kan dit extra duwtje de trekkracht van sterrenlicht compenseren en kan het stof zich nestelen in subtiele ringachtige structuren.
"De deeltjes draaien in de richting van de ster, komen vast te zitten in één resonantie, vallen eruit, draaien er nog een spiraal in, komen vast te zitten in een andere resonantie, enzovoort", zegt Kuchner. Voor het complexe samenspel van krachten op tienduizenden deeltjes was de wiskundige pk van een supercomputer nodig.
Sommige wetenschappers merken op dat de aanwezigheid van grote hoeveelheden stof een obstakel kan vormen voor het direct afbeelden van aardachtige planeten. Toekomstige ruimtemissies - zoals NASA's James Webb Space Telescope, die nu in aanbouw is en gepland is voor lancering in 2013, en de voorgestelde Terrestrial Planet Finder - zullen sterren in de buurt bestuderen met stoffige schijven. De door Stark en Kuchner gemaakte modellen geven astronomen een voorbeeld van stofstructuren die de aanwezigheid van anderszins verborgen werelden aangeven.
"Onze catalogus zal anderen helpen de massa en de baanafstand van een planeet af te leiden, evenals de dominante deeltjesgroottes in de ringen", zegt Stark.
Stark en Kuchner publiceerden hun resultaten in het nummer van 10 oktober van The Astrophysical Journal. Stark heeft zijn atlas van exo-zodiakale stofsimulaties online beschikbaar gemaakt.
Bron: Goddard Space Flight Center
