Нинішня кількість екзопланет - кількість планет, котрі астрономи виявили на орбіті інших зірок - становить 312. Це багато планет. Але це може допомогти, якби ми точно знали, де шукати. Нові дослідження, що використовують суперкомп'ютерне моделювання запилених дисків навколо зірок, схожих на сонце, показують, що планети, майже такі маленькі, як Марс, можуть створювати візерунки в пилу, які майбутні телескопи можуть виявити. Дослідження вказує на новий проспект у пошуку житлових планет. "Може пройти деякий час, перш ніж ми зможемо безпосередньо зобразити землеподібні планети навколо інших зірок, але до цього ми зможемо виявити багато прикрашені і красиві кільця, які вони вирізають у міжпланетному пилу", - говорить Крістофер Старк, провідний дослідник дослідження в університеті штату Меріленд, коледж-парк.
Працюючи з Марком Кухнером в НАСА в Центрі космічних польотів Годдарда в Ґрінбелті, штат Массачусетс, Старк моделював, як 25000 пилових частинок реагували на присутність єдиної планети - від маси Марса до п'яти разів більше від Землі - на навколосвітній зорі. Використовуючи суперкомп'ютер НАСА Thunderhead у Годдарді, вчені провели 120 різних моделей, які змінювали розмір пилових частинок, а також масову та орбітальну відстань планети.
«Наші моделі використовують в десять разів більше частинок, ніж попередні симуляції. Це дозволяє нам вивчити контраст і форми кільцевих структур », - додає Кухнер. З цих даних дослідники склали карту щільності, яскравості та тепла підпису в результаті кожного набору параметрів.
"Не широко оцінено, що планетарні системи, включаючи нашу власну, містять багато пилу", - додає Старк. "Ми збираємося поставити цей пил для нас".
Значна частина пилу в нашій Сонячній системі утворюється всередині орбіти Юпітера, коли комети руйнуються біля сонця та стикаються астероїди всіх розмірів. Пил відбиває сонячне світло і іноді його можна побачити як клиноподібне сяйво неба - зване зодіакальним світлом - до сходу сонця або після заходу сонця.
Комп'ютерні моделі враховують реакцію пилу на гравітацію та інші сили, включаючи світло зірки. Зоряне світло незначно тягне за собою дрібні частинки, що змушує їх втрачати орбітальну енергію і плисти ближче до зірки.
"Частинки спірально всередину і потім тимчасово потрапляють у резонанс із планетою", - пояснює Кухнер. Резонанс виникає всякий раз, коли орбітальний період частинок має відношення до малого числа - наприклад, дві третини або п'ять шості - планети.
Наприклад, якщо частинка пилу робить три орбіти навколо своєї зірки щоразу, коли планета завершує одну, частинка неодноразово буде відчувати додатковий гравітаційний буксир в тій же точці своєї орбіти. На деякий час цей додатковий поштовх може компенсувати силу перетягування від зіркового світла, а пил може осідати в тонкі кільцеподібні споруди.
"Частинки спірально спрямовуються до зірки, потрапляють в пастку в одному резонансі, випадають з неї, спіраль в деяких інших, потрапляють в інший резонанс тощо", - говорить Кухнер. Облік складної взаємодії сил на десятки тисяч частинок вимагав математичних кінських сил суперкомп'ютера.
Деякі вчені відзначають, що наявність великої кількості пилу може стати перешкодою для прямого зображення земних планет. Майбутні космічні місії - наприклад, космічний телескоп Джеймса Вебба NASA, який зараз будується і планується запустити в 2013 році, і запропонований Земний пошук планети - вивчатимуть сусідні зірки із запиленими дисками. Моделі, створені Старком і Кухнером, дають астрономам попередній перегляд пилових структур, які сигналізують про наявність інакше прихованих світів.
"Наш каталог допоможе іншим визначити масову та орбітальну відстань планети, а також домінуючі розміри частинок у кільцях", - говорить Старк.
Старк і Кухнер опублікували свої результати у випуску "Астрофізичного журналу" за 10 жовтня. Старк зробив свій атлас моделювання екзо-зодіакального пилу в Інтернеті.
Джерело: Центр космічних польотів Годдарда
