Oort Wolken um andere Sterne sollten im kosmischen Mikrowellenhintergrund sichtbar sein

Seit Jahrzehnten theoretisieren Wissenschaftler, dass jenseits des Randes des Sonnensystems in einer Entfernung von bis zu 50.000 AE (0,79 ly) von der Sonne eine massive Wolke eisiger Planetesimale liegt, die als Oort-Wolke bekannt ist. Diese Wolke wurde zu Ehren des niederländischen Astronomen Jan Oort benannt und ist vermutlich der Ursprung von Langzeitkometen. Bisher wurden jedoch keine direkten Beweise für die Existenz der Oort Cloud vorgelegt.

Dies liegt an der Tatsache, dass die Oort-Wolke sehr schwer zu beobachten ist, da sie ziemlich weit von der Sonne entfernt und über eine sehr große Region des Weltraums verteilt ist. In einer kürzlich durchgeführten Studie schlug ein Team von Astrophysikern der University of Pennsylvania jedoch eine radikale Idee vor. Verwenden von Karten des Cosmic Microwave Background (CMB), die von der Planck Mission und andere Teleskope glauben sie, dass Oort Clouds um andere Sterne erkannt werden können.

Die kürzlich online erschienene Studie „Untersuchung von Oort-Wolken um Milchstraßensterne mit CMB-Umfragen“ wurde von Eric J Baxter geleitet, einem Postdoktoranden am Institut für Physik und Astronomie der University of Pennsylvania. Zu ihm gesellten sich die Pennsylvania-Professoren Cullen H. Blake und Bhuvnesh Jain (Baxters wichtigster Mentor).

Zusammenfassend ist die Oort-Wolke eine hypothetische Region des Weltraums, von der angenommen wird, dass sie sich von 2.000 bis 5.000 AU (0,03 und 0,08 ly) bis zu 50.000 AU (0,79 ly) von der Sonne erstreckt – obwohl einige Schätzungen darauf hinweisen, dass sie diese erreichen könnte bis zu 100.000 bis 200.000 AU (1,58 und 3,16 ly). Wie der Kuipergürtel und die verstreute Scheibe ist die Oort-Wolke ein Reservoir transneptunischer Objekte, obwohl sie mehr als tausendmal weiter von unserer Sonne entfernt ist als diese beiden anderen.

Es wird angenommen, dass diese Wolke von einer Population kleiner, eisiger Körper innerhalb von 50 AE der Sonne stammt, die vorhanden waren, als das Sonnensystem noch jung war. Im Laufe der Zeit wird vermutet, dass durch die Riesenplaneten verursachte Orbitalstörungen dazu führten, dass Objekte mit hochstabilen Umlaufbahnen den Kuipergürtel entlang der Ekliptikebene bildeten, während Objekte mit exzentrischeren und weiter entfernten Umlaufbahnen die Oort-Wolke bildeten.

Laut Baxter und seinen Kollegen ist es daher logisch anzunehmen, dass andere Sternensysteme ihre eigenen Oort-Wolken haben, die sie als exo-Oort bezeichnen, da die Existenz der Oort-Wolke eine wichtige Rolle bei der Bildung des Sonnensystems spielte Wolken (EXOCs). Wie Dr. Baxter dem Space Magazine per E-Mail erklärte:

„Einer der vorgeschlagenen Mechanismen für die Bildung der Oort-Wolke um unsere Sonne besteht darin, dass einige der Objekte in der protoplanetaren Scheibe unseres Sonnensystems durch Wechselwirkungen mit den Riesenplaneten in sehr große elliptische Bahnen ausgestoßen wurden. Die Umlaufbahnen dieser Objekte wurden dann von nahegelegenen Sternen und galaktischen Gezeiten beeinflusst, was dazu führte, dass sie von Umlaufbahnen abwichen, die auf die Ebene des Sonnensystems beschränkt waren, und die jetzt sphärische Oort-Wolke bildeten. Sie können sich vorstellen, dass ein ähnlicher Prozess um einen anderen Stern mit Riesenplaneten stattfinden könnte, und wir wissen, dass es viele Sterne gibt, die Riesenplaneten haben. “

Wie Baxter und seine Kollegen in ihrer Studie angedeutet haben, ist die Erkennung von EXOCs schwierig, hauptsächlich aus den gleichen Gründen, warum es keine direkten Beweise für die Oort Cloud des Sonnensystems gibt. Zum einen gibt es nicht viel Material in der Wolke, mit Schätzungen, die vom ein paar bis zum Zwanzigfachen der Masse der Erde reichen. Zweitens sind diese Objekte sehr weit von unserer Sonne entfernt, was bedeutet, dass sie nicht viel Licht reflektieren oder starke thermische Emissionen aufweisen.

Aus diesem Grund empfahlen Baxter und sein Team, Karten des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich zu verwenden, um nach Anzeichen von Oort Clouds um andere Sterne zu suchen. Solche Karten gibt es dank Missionen wie der bereits Planck Teleskop, das den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) abgebildet hat. Wie Baxter anzeigte:

„In unserer Arbeit verwenden wir Himmelskarten mit 545 GHz und 857 GHz, die aus Beobachtungen des Planck-Satelliten generiert wurden. Planck wurde so ziemlich * nur * entworfen, um die CMB abzubilden; Die Tatsache, dass wir mit diesem Teleskop exo-Oort-Wolken und potenzielle Prozesse im Zusammenhang mit der Planetenbildung untersuchen können, ist ziemlich überraschend! “

Dies ist eine ziemlich revolutionäre Idee, da die Erkennung von EXOCs nicht Teil des beabsichtigten Zwecks der war Planck Mission. Durch die Kartierung des CMB, der vom Urknall übrig gebliebenen „Reliktstrahlung“, haben Astronomen versucht, mehr über die Entwicklung des Universums seit dem frühen Universum zu erfahren – circa. 378.000 Jahre nach dem Urknall. Ihre Studie baut jedoch auf früheren Arbeiten von Alan Stern (dem Hauptforscher der.) Auf Neue Horizonte Mission).

1991 führte Stern zusammen mit John Stocke (Universität Colorado, Boulder) und Paul Weissmann (Jet Propulsion Laboratory der NASA) eine Studie mit dem Titel „Eine IRAS-Suche nach extra-solaren Oort-Wolken“ durch. In dieser Studie schlugen sie vor, Daten des Infrarot-Astronomischen Satelliten (IRAS) für die Suche nach EXOCs zu verwenden. Während sich diese Studie auf bestimmte Wellenlängen und 17-Sterne-Systeme konzentrierte, stützten sich Baxter und sein Team auf Daten für Zehntausende von Systemen und für einen größeren Wellenlängenbereich.

Andere aktuelle und zukünftige Teleskope, von denen Baxter und sein Team glauben, dass sie in dieser Hinsicht nützlich sein könnten, sind das Südpol-Teleskop an der Südpolstation Amundsen-Scott in der Antarktis; das Atacama Cosmology Telescope und das Simons Observatory in Chile; das vom Ballon getragene Submillimeter-Teleskop mit großer Apertur (BLAST) in der Antarktis; das Green Bank Telescope in West Virgina und andere.

„Darüber hinaus ist die Gaia Der Satellit hat kürzlich die Positionen und Entfernungen der Sterne in unserer Galaxie sehr genau kartiert “, fügte Baxter hinzu. „Dadurch ist die Auswahl von Zielen für die exo-Oort-Cloud-Suche relativ einfach. Wir haben eine Kombination von verwendet Gaia und Planck Daten in unserer Analyse. "

Um ihre Theorie zu testen, konstruierten Baxter und sein Team eine Reihe von Modellen für die thermische Emission von Exo-Oort-Wolken. "Diese Modelle deuteten darauf hin, dass die Erkennung von Exo-Oort-Wolken um nahegelegene Sterne (oder zumindest die Begrenzung ihrer Eigenschaften) angesichts der vorhandenen Teleskope und Beobachtungen möglich ist", sagte er. „Insbesondere schlugen die Modelle vor, dass Daten aus dem Planck Der Satellit könnte möglicherweise nahe daran sein, eine Exo-Oort-Wolke wie unsere um einen nahe gelegenen Stern zu erkennen. “

Darüber hinaus entdeckten Baxter und sein Team einen Hinweis auf ein Signal um einige der Sterne, die sie in ihrer Studie berücksichtigten – insbesondere in den Systemen Vega und Formalhaut. Mithilfe dieser Daten konnten sie die mögliche Existenz von EXOCs in einer Entfernung von 10.000 bis 100.000 AUs von diesen Sternen einschränken, was ungefähr mit der Entfernung zwischen unserer Sonne und der Oort-Wolke übereinstimmt.

Es sind jedoch zusätzliche Umfragen erforderlich, bevor das Vorhandensein von EXOCs bestätigt werden kann. Diese Umfragen werden wahrscheinlich die James Webb WeltraumteleskopIn der Zwischenzeit hat diese Studie einige bedeutende Auswirkungen auf Astronomen, und zwar nicht nur, weil vorhandene CMB-Karten für außersolare Studien verwendet werden. Wie Baxter es ausdrückte:

„Es wäre wirklich interessant, nur eine Exo-Oort-Wolke zu erkennen, da wir, wie oben erwähnt, keine direkten Beweise für die Existenz unserer eigenen Oort-Wolke haben. Wenn Sie eine Exo-Oort-Wolke entdecken würden, könnte dies im Prinzip Einblicke in Prozesse geben, die mit der Planetenbildung und der Entwicklung protoplanetarer Scheiben verbunden sind. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, wir hätten nur exo-Oort-Wolken um Sterne mit riesigen Planeten entdeckt. Das wäre ein ziemlich überzeugender Beweis dafür, dass die Bildung einer Oort-Wolke mit Riesenplaneten verbunden ist, wie es populäre Theorien zur Bildung unserer eigenen Oort-Wolke nahe legen. “

Mit der Erweiterung unseres Wissens über das Universum interessieren sich Wissenschaftler zunehmend dafür, was unser Sonnensystem mit anderen Sternensystemen gemeinsam hat. Dies hilft uns wiederum, mehr über die Bildung und Entwicklung unseres eigenen Systems zu erfahren. Es gibt auch mögliche Hinweise darauf, wie sich das Universum im Laufe der Zeit verändert hat und vielleicht sogar, wo eines Tages Leben gefunden werden könnte.

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