Den nåværende eksoplaneten teller - antall planeter astronomer har funnet i bane rundt andre stjerner - står på 312. Det er mange planeter. Men det kan hjelpe hvis vi visste nøyaktig hvor vi skulle se. Ny forskning som bruker superdatasimuleringer av støvete disker rundt sollignende stjerner viser at planeter nesten så små som Mars kan skape mønstre i støvet som fremtidige teleskoper kan være i stand til å oppdage. Forskningen peker på en ny aveny i jakten på beboelige planeter. "Det kan ta litt tid før vi direkte kan avbilde jordlignende planeter rundt andre stjerner, men før da vil vi kunne oppdage de utsmykkede og vakre ringene de skjærer i interplanetalt støv," sier Christopher Stark, studiens hovedforsker ved University of Maryland, College Park.
I samarbeid med Marc Kuchner ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Modellerte Stark hvordan 25 000 støvpartikler reagerte på tilstedeværelsen av en enkelt planet - alt fra Marsmassen til fem ganger Jordens - i bane rundt en sollignende stjerne. Ved å bruke NASAs Thunderhead-superdatamaskin på Goddard, kjørte forskerne 120 forskjellige simuleringer som varierte størrelsen på støvpartiklene og planetens masse og baneavstand.
“Modellene våre bruker ti ganger så mange partikler som tidligere simuleringer. Dette lar oss studere kontrasten og formene til ringstrukturer, ”legger Kuchner til. Fra disse dataene kartla forskerne tettheten, lysstyrken og varmesignaturen som følge av hvert sett med parametere.
"Det er ikke mye verdsatt at planetariske systemer - inkludert våre egne - inneholder mye støv," legger Stark til. "Vi kommer til å legge støvet som fungerer for oss."
Mye av støvet i solsystemet vårt dannes innover Jupiters bane, da kometer smuldrer nær solen og asteroider i alle størrelser kolliderer. Støvet reflekterer sollys og kan noen ganger sees på som en kileformet himmelglød - kalt dyrekretsen - før soloppgang eller etter solnedgang.
Datamodellene redegjør for støvets reaksjon på tyngdekraften og andre krefter, inkludert stjernens lys. Starlight utøver et lite drag på små partikler som gjør at de mister orbitalenergi og driver nærmere stjernen.
"Partiklene spiral innover og blir deretter midlertidig fanget i resonanser med planeten," forklarer Kuchner. En resonans oppstår når en partikels omløpsperiode er et lite tallforhold - for eksempel to tredjedeler eller fem-seksendeler - av planeten.
For eksempel, hvis en støvpartikkel lager tre baner rundt stjernen sin hver gang planeten fullfører en, vil partikkelen gjentatte ganger føle en ekstra gravitasjons slepebåt på samme punkt i sin bane. For en tid tilbake kan denne ekstra dytten oppveie dragkraften fra stjernelys, og støvet kan sette seg i subtile ringlignende strukturer.
"Partiklene spiral inn mot stjernen, blir fanget i en resonans, faller ut av den, spiraler i noe mer, blir fanget i en annen resonans, og så videre," sier Kuchner. Å redegjøre for det komplekse samspillet av krefter på titusenvis av partikler krevde den matematiske hestekrefter til en superdatamaskin.
Noen forskere bemerker at tilstedeværelsen av store mengder støv kan utgjøre en hindring for direkte avbildning av jordlignende planeter. Fremtidige romoppdrag - som NASAs James Webb romteleskop, som nå er under bygging og planlagt lansert i 2013, og den foreslåtte Terrestrial Planet Finder - vil studere stjerner i nærheten med støvete disker. Modellene laget av Stark og Kuchner gir astronomer en forhåndsvisning av støvstrukturer som signaliserer tilstedeværelsen av ellers skjulte verdener.
"Katalogen vår vil hjelpe andre til å utlede en planetes masse og omløpsdistanse, så vel som de dominerende partikkelstørrelsene i ringene," sier Stark.
Stark og Kuchner publiserte sine resultater i utgaven 10. oktober av The Astrophysical Journal. Stark har gjort sitt atlas med eksod zodiaksstøvsimuleringer tilgjengelig online.
Kilde: Goddard Space Flight Center
