Η Δρ.Καίτη Βανδώρου μεγάλωσε στην Αθήνα όπου ολοκλήρωσε το γυμνάσιο και το λύκειο στο Byron College, πριν μετακομίσει στο Ηνωμένο Βασίλειο να σπουδάσει Αστροφυσική στο University of Hertfordshire. Συνεχίζοντας, απέκτησε διδακτορικό από το University of Tasmania στην Αυστραλία το 2021. Σήμερα εργάζεται ως μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο University of Maryland και στο Goddard Space Flight Center της NASA στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η έρευνά της επικεντρώνεται στην ανίχνευση εξωπλανητών μέσω βαρυτικής μικροεστίασης, καθώς και στην ανάπτυξη της επιστημονικής υποδομής για την επερχόμενη αποστολή του διαστημικού τηλεσκοπίου Nancy Grace Roman.
Στην έκδοση της 22ης Απριλίου είχαμε ανθολογήσει ως σημαντική είδηση την παρουσίαση του συναρμολογημένου, πλέον, τηλεσκοπίου Nancy Grace Roman.

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Γράφει η Καίτη Βανδώρου

Όσα πρέπει να ξέρουμε για τους εξωπλανήτες

Είναι ένα καθαρό καλοκαιρινό βράδυ. Είσαι έξω με φίλους, ίσως απολαμβάνοντας έναν βραδινό καφέ. Σηκώνεις το βλέμμα στον ουρανό, στα αμέτρητα λαμπυρίσματα των αστεριών, και η περιέργειά σου ξυπνά. Τι ακριβώς είναι αυτό που βλέπεις; Και ίσως μια ακόμη πιο συναρπαστική ερώτηση: τι υπάρχει εκεί έξω που δεν μπορούμε να δούμε;

Φυσικά υπάρχουν πολλές απαντήσεις σε αυτή τη δεύτερη ερώτηση, αλλά εγώ θέλω να σου μιλήσω για μία συγκεκριμένη – τους εξωπλανήτες. Όπως φανερώνει και το όνομά τους, πρόκειται για πλανήτες έξω από το δικό μας Ηλιακό Σύστημα, που δεν περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο μας. Δεν μπορούμε να τους δούμε με γυμνό μάτι, επειδή δεν εκπέμπουν δικό τους φως όπως τα άστρα. Οι περισσότεροι είναι απλώς υπερβολικά μικροί, αμυδροί και μακρινοί για να μπορέσουμε να παρατηρήσουμε το φως που αντανακλούν από το μητρικό τους άστρο.

Στην πραγματικότητα, ακόμη και με τηλεσκόπια δεν μπορούμε συνήθως να παρατηρήσουμε απευθείας εξωπλανήτες (με ελάχιστες εξαιρέσεις, τις οποίες θα αναφέρω αργότερα). Παρ’ όλα αυτά, έχουμε ήδη ανακαλύψει σχεδόν 6.000 από αυτούς στον Γαλαξία μας.

Μια Μελωδία του Σύμπαντος

Η NASA δημιούργησε αυτό το βίντεο  στις 21 Μαρτίου 2022, όταν οι γνωστοί εξωπλανήτες ξεπέρασαν τους 5.000.
Κάθε νέος εξωπλανήτης εμφανίζεται  ως κύκλος στη θέση του στον ουρανό. Το μέγεθος δείχνει το σχετικό μέγεθος της τροχιάς του, το χρώμα τη μέθοδο ανακάλυψης, και η νότα την τροχιακή του περίοδο. Οι πλανήτες με μεγαλύτερες τροχιές ακούγονται ως χαμηλότερες νότες, ενώ όσοι κινούνται γρήγορα κοντά στα άστρα τους ακούγονται ως υψηλότερες. 

Πηγή: NASA/JPL-Caltech/M. Russo, A. Santaguida (SYSTEM Sounds)]

Το Κυνήγι των Πλανητών: Πώς εντοπίζουμε τους εξωπλανήτες;

Για να τους εντοπίσουμε, οι αστρονόμοι χρειάστηκε να γίνουν εξαιρετικά δημιουργικοί.

Υπάρχουν πέντε βασικοί τρόποι με τους οποίους μπορούμε να ανιχνεύσουμε έναν πλανήτη έξω από το Ηλιακό μας Σύστημα:

  1. Η μέθοδος της διάβασης αναζητά μικρές μειώσεις στη φωτεινότητα ενός άστρου, οι οποίες μπορεί να υποδηλώνουν ότι ένας πλανήτης περνά μπροστά του.
  2. Αντίστοιχα, η μέθοδος της ακτινικής ταχύτητας αναζητά τη μικρή «ταλάντωση» ενός άστρου που προκαλείται από τη βαρυτική έλξη ενός πλανήτη που το περιφέρεται. (ΕΔΩ ΕΪΝΑΙ ΣΩΣΤΑ ΓΡΑΜΜΕΝΟ; ΜΗΠΩ΅ΕΝΝΟΕΙΣ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙ;
  3. Υπάρχει επίσης η μέθοδος χρονισμού πάλσαρ που παρακολουθεί τους τακτικούς, «φωτεινούς σαν φάρο», ραδιοπαλμούς ενός ταχύτατα περιστρεφόμενου αστέρα νετρονίων. Αν υπάρχει πλανήτης σε τροχιά γύρω του, τότε ο πάλσαρ θα ταλαντεύεται ελαφρώς, δημιουργώντας μικρές μεταβολές στον χρόνο άφιξης των παλμών.
    και η άμεση απεικόνιση.
  4. Η άμεση απεικόνιση είναι η μοναδική μέθοδος που ανιχνεύει εξωπλανήτες παρατηρώντας τους άμεσα. Ωστόσο, λειτουργεί μόνο για νεαρούς, θερμούς και γιγάντιους πλανήτες που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις από το μητρικό τους άστρο, αρκετά μακριά από την εκτυφλωτική λάμψη του .
  5. Τέλος, υπάρχει η μέθοδος της βαρυτικής μικροεστίασης – Αυτή είναι η δική μου ειδικότητα!
    Πρόκειται για ένα σπάνιο αστρονομικό φαινόμενο, κατά το οποίο ένα άστρο περνά μπροστά από ένα άλλο, πιο μακρινό άστρο, ακριβώς στη δική μας οπτική γραμμή. Το βαρυτικό πεδίο του μπροστινού άστρου λειτουργεί σαν ένας κοσμικός μεγεθυντικός φακός, ενισχύοντας προσωρινά το φως του πιο μακρινού άστρου. Αν το μπροστινό άστρο έχει κάποιον συνοδό, για παράδειγμα έναν πλανήτη, τότε αυτός μπορεί να προκαλέσει επιπλέον μεταβολές στη φωτεινότητα που παρατηρούμε.Αναλύοντας αυτές τις μικρές μεταβολές στη φωτεινότητα, οι αστρονόμοι μπορούν να καταλάβουν αν το άστρο φιλοξενεί κάποιον πλανήτη.
    Το λες και κυνήγι με το φως!

Παρακολουθώντας συνεχώς το κέντρο του Γαλαξία, το σημείο του νυχτερινού ουρανού με τη μεγαλύτερη πυκνότητα άστρων, αυξάνουμε τις πιθανότητες να παρατηρήσουμε αυτή την τέλεια ευθυγράμμιση. Από τα δισεκατομμύρια άστρα που παρακολουθούνται κάθε χρόνο, μόνο λίγες χιλιάδες θα υποστούν ένα γεγονός μικροεστίασης. Και από αυτά, μόνο μερικές δεκάδες θα αποκαλύψουν την ύπαρξη πλανητών.

Από ένα δισεκατομμύριο άστρα που παρακολουθούνται, καταλήγουμε σε μόλις μερικές δεκάδες πλανητικών ανακαλύψεων κάθε χρόνο. Τόσο σπάνιες είναι οι ανακαλύψεις πλανητών μέσω της βαρυτικής μικροεστίασης.

Η σπανιότητα όμως δεν βρίσκεται στους ίδιους τους πλανήτες, αλλά στην ικανότητά μας να τους ανιχνεύσουμε. Κάθε πλανήτης που ανακαλύπτεται με αυτή τη μέθοδο αποκαλύπτει και κάτι νέο για την εντυπωσιακή ποικιλομορφία των κόσμων που υπάρχουν στον Γαλαξία μας.

Ένα Μάθημα Κοσμικής Αρχιτεκτονικής

 Οι αστρονόμοι δεν αναζητούν απλώς μεμονωμένους πλανήτες, προσπαθούμε να κατανοήσουμε την αρχιτεκτονική των πλανητικών συστημάτων σε ολόκληρο τον Γαλαξία.
Τι είδους κόσμοι δημιουργούνται πιο συχνά στη φύση;
Ποια συστήματα είναι σπάνια;
Και πού ακριβώς ταιριάζει το δικό μας Ηλιακό Σύστημα μέσα στη μεγάλη εικόνα;

 Όταν σκέφτεσαι ένα πλανητικό σύστημα, πιθανότατα φαντάζεσαι κάτι οικείο: ένα «κανονικό» άστρο με «κανονικούς» πλανήτες, παρόμοιο με το δικό μας Ηλιακό Σύστημα. Συστήματα σαν κι αυτό υπάρχουν σε αφθονία, όμως το Σύμπαν μπορεί να είναι πολύ πιο παράξενο.! 

Φαντάσου έναν πλανήτη που έχει επιβιώσει από τον θάνατο του μητρικού του άστρου. Ένα άστρο εκρήγνυται ως υπερκαινοφανής αστέρας και ο πλανήτης συνεχίζει πλέον να περιφέρεται γύρω από το νεκρό απομεινάρι του: έναν αστέρα νετρονίων. Ή ίσως ένα άστρο κατέρρευσε σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα, και ο πλανήτης βρίσκεται ακριβώς αρκετά μακριά ώστε να συνεχίζει την τροχιά του χωρίς να πέσει μέσα της.

Σε άλλες περιπτώσεις, ένας πλανήτης μπορεί να εκτιναχθεί έξω από το σύστημά του — ή ίσως ακόμη και να σχηματιστεί εντελώς απομονωμένος. Τότε έχουμε τους ελεύθερους πλανήτες (free-floating planets), κόσμους που δεν ανήκουν σε κανένα άστρο.

Πώς μπορούμε λοιπόν να ανακαλύψουμε περισσότερα από αυτά τα παράξενα συστήματα;
Η απάντηση βρίσκεται στη βαρυτική μικροεστίαση.

Γνωρίζουμε ότι τέτοια συστήματα υπάρχουν επειδή έχουμε ήδη ανακαλύψει μερικά από αυτά – ή βρισκόμαστε πολύ κοντά στην ανακάλυψή τους. Όμως αυτές οι ανακαλύψεις είναι εξαιρετικά δύσκολες, επειδή τα φαινόμενα βαρυτικής μικροεστίασης είναι από τη φύση τους σπάνια.

Γιατί όμως επιμένουμε;
Με μια πολύ μεγαλύτερη απογραφή πλανητικών συστημάτων, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να αρχίσουν να απαντούν με μεγαλύτερη βεβαιότητα σε μερικά από τα σημαντικότερα ερωτήματα της πλανητικής επιστήμης:

Είναι άραγε το Ηλιακό μας Σύστημα μοναδικό;
Έχουμε ήδη ανακαλύψει πολλά συστήματα με περισσότερους από έναν πλανήτες, άρα ίσως όχι. Ωστόσο, η «διάταξη» του δικού μας Ηλιακού Συστήματος φαίνεται κάπως ασυνήθιστη. Πολλά από τα πολυπλανητικά συστήματα που έχουν ανακαλυφθεί περιέχουν πλανήτες εξαιρετικά κοντά στα άστρα τους, όπως θερμούς γίγαντες ή υπερ-Γαίες. Στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα όμως, οι μικροί βραχώδεις πλανήτες βρίσκονται κοντά στον Ήλιο, ενώ οι γιγάντιοι πλανήτες πολύ πιο μακριά.

Είναι πράγματι ασυνήθιστο το Ηλιακό μας Σύστημα ή πρόκειται απλώς για μια παρατηρησιακή προκατάληψη, επειδή οι περισσότερες μέθοδοι ανίχνευσης πλανητών είναι πιο αποτελεσματικές στον εντοπισμό πλανητών που βρίσκονται κοντά στα άστρα τους; Με περισσότερα δεδομένα, και ιδιαίτερα μέσω της βαρυτικής μικροεστίασης ίσως μπορέσουμε επιτέλους να δώσουμε μια απάντηση.

 Το ερώτημα αυτό συνδέεται άμεσα και με το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες. Η επικρατέστερη θεωρία λέει ότι σχηματίζονται από το αέριο και τη σκόνη που απομένουν γύρω από ένα νεαρό άστρο. Η διαδικασία αυτή φαίνεται να συμβαίνει ευκολότερα σε πιο μακρινές τροχιές, όπου οι χαμηλότερες θερμοκρασίες επιτρέπουν τη συσσώρευση στερεού υλικού για τον σχηματισμό πλανητικών πυρήνων.

 Ωστόσο, η ανακάλυψη τόσων πολλών θερμών γιγάντων μάς έχει οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι οι πλανήτες δεν παραμένουν απαραίτητα εκεί όπου σχηματίστηκαν. Πιθανότατα μεταναστεύουν προς το εσωτερικό των συστημάτων τους με την πάροδο του χρόνου.

Θυμίζω ότι η λέξη «πλανήτης», στα Αρχαία Ελληνικά, σημαίνει «περιπλανώμενος»
Εδώ ίσως ταιριάζει ως «λογοπαίγνιο» ότι η λέξη «πλανήτης» σημαίνει «περιπλανώμενος». 

Οι απαντήσεις ίσως έρθουν πιο σύντομα απ’ όσο νομίζουμε…

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Roman. Πηγή NASA/Chris Gunn

 Μέχρι σήμερα, οι ειδικά σχεδιασμένες έρευνες βαρυτικής μικροεστίασης πραγματοποιούνται από επίγεια παρατηρητήρια. Αυτό όμως συνοδεύεται από σημαντικούς περιορισμούς. Καταρχάς, τα τηλεσκόπια δεν μπορούν να παρατηρούν κατά τη διάρκεια της ημέρας. Επιπλέον, οι παρατηρήσεις επηρεάζονται συνεχώς από τις καιρικές συνθήκες και την ατμόσφαιρα της Γης.

 Για να ξεπεράσει αυτά τα προβλήματα, η NASA ετοιμάζει μια ειδικά σχεδιασμένη διαστημική αποστολή: το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman, ή απλώς Roman. Το Roman θα είναι το επόμενο μεγάλο διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA και αναμένεται να εκτοξευθεί αργότερα μέσα στη χρονιά. Ένας από τους βασικούς του στόχους είναι η διεξαγωγή μιας τεράστιας έρευνας βαρυτικής μικροεστίασης προς το κέντρο του Γαλαξία μας.

Η αφθονία των πλανητών… και οι πιθανότητες ζωής

Παρόλο που έχουμε παρατηρήσει δισεκατομμύρια άστρα και έχουμε ανακαλύψει «μόλις» περίπου 6.000 πλανήτες, οι αστρονόμοι πιστεύουν σήμερα ότι οι πλανήτες είναι πιθανότατα περισσότεροι από τα άστρα στον Γαλαξία μας.

Οι στατιστικές μελέτες δείχνουν ότι, κατά μέσο όρο, σχεδόν κάθε άστρο φιλοξενεί τουλάχιστον έναν πλανήτη. Και αφού τα πολυπλανητικά συστήματα αποδεικνύονται πολύ πιο συνηθισμένα απ’ όσο πιστεύαμε παλαιότερα, αυτό σημαίνει πως αν ο Γαλαξίας μας περιέχει πάνω από 100 δισεκατομμύρια άστρα, τότε ο συνολικός αριθμός πλανητών πιθανότατα φτάνει τις εκατοντάδες δισεκατομμύρια… ίσως ακόμη και τα τρισεκατομμύρια.

 Και αυτοί οι αριθμοί αφορούν μόνο τον δικό μας Γαλαξία. Στο Σύμπαν υπάρχουν δισεκατομμύρια γαλαξίες. Με τόσο ασύλληπτους αριθμούς, μοιάζει σχεδόν αναπόφευκτο ότι κάπου εκεί έξω υπάρχει εξωγήινη ζωή, είτε στον Γαλαξία μας είτε πολύ πιο μακριά.

 Ως αστρονόμος, αυτή είναι μία από τις πιο συχνές ερωτήσεις που δέχομαι: «Πιστεύεις στους εξωγήινους;»

 Η απάντηση δεν είναι ένα απλό «ναι» ή «όχι». Στην πραγματικότητα, ανοίγει την πόρτα σε ακόμη περισσότερα ερωτήματα — κάποια επιστημονικά, κάποια σχεδόν φιλοσοφικά. Θα μπορούσαμε άραγε να αναγνωρίσουμε ως «ζωή» κάτι που σχηματίστηκε και εξελίχθηκε σε έναν εντελώς διαφορετικό κόσμο; Είμαι μάλλον απαισιόδοξη ως προς το αν υπάρχει κάπου αλλού ένας ακόμη νοήμων πολιτισμός. Πιστεύω όμως απόλυτα ότι μπορεί να υπάρχει κάποια άλλη μορφή βιολογικής δραστηριότητας.

 Τα συστατικά και οι συνθήκες που θεωρούμε απαραίτητα για τη ζωή φαίνεται να είναι κοινά στο Σύμπαν. Το νερό και τα οργανικά μόρια υπάρχουν παντού στο διάστημα. Γνωρίζουμε πλέον ότι και οι πλανήτες είναι εξαιρετικά συνηθισμένοι. Άρα, αν η ζωή εμφανίστηκε εδώ στη Γη, ίσως να μπορεί να εμφανιστεί και αλλού.

 Οι καλύτερες πιθανότητες να ανακαλύψουμε ζωή ίσως βρίσκονται πολύ πιο κοντά μας, μέσα στο ίδιο μας το Ηλιακό Σύστημα. Υπάρχουν ολοένα και περισσότερες ενδείξεις ότι ο αρχαίος Άρης διέθετε ποτάμια, λίμνες και μια πολύ πυκνότερη ατμόσφαιρα. Θα μπορούσε άραγε να υπήρξε εκεί μικροβιακή ζωή; Ή ίσως να επιβιώνει ακόμη κάτω από την επιφάνειά του;

 Η Ευρώπη, ένας από τους δορυφόρους του Δία, πιθανότατα κρύβει κάτω από το παγωμένο της κέλυφος έναν τεράστιο ωκεανό υγρού νερού. Αν υπάρχουν επαρκείς πηγές θερμότητας και ενέργειας, ίσως εκεί να δημιουργούνται συνθήκες παρόμοιες με εκείνες μέσα στις οποίες εμφανίστηκε η ζωή στη Γη, κοντά σε υδροθερμικές πηγές στον πυθμένα των ωκεανών. Έχουμε πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες να μελετήσουμε τέτοιους κόσμους, επειδή βρίσκονται πολύ πιο «κοντά» μας σε σύγκριση με τους εξωπλανήτες.

 

Παρόλα αυτά, μπορούμε να αναζητήσουμε ενδείξεις ζωής και σε εξωπλανήτες. Αυτό γίνεται μελετώντας τις ατμόσφαιρές τους και αναζητώντας «βιοϋπογραφές»,  χημικά ίχνη που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν βιολογική δραστηριότητα.

 Μέχρι στιγμής δεν έχουμε βρει τίποτα. Όμως η επιστήμη και η τεχνολογία εξελίσσονται συνεχώς. Και έτσι, παρότι δεν γνωρίζουμε ακόμη αν υπάρχει ζωή αλλού στο Σύμπαν, όλα όσα ανακαλύπτουμε μάς οδηγούν όλο και περισσότερο στην ιδέα ότι η Γη ίσως να μην είναι ο μοναδικός κατοικήσιμος κόσμος.

 Το πρώτο βήμα είναι να συνεχίσουμε να ανακαλύπτουμε όλο και περισσότερους πλανήτες – διαφορετικών τύπων, σε διαφορετικά περιβάλλοντα, γύρω από διαφορετικά άστρα… ή ακόμη και να περιπλανώνται μόνοι τους στο διάστημα. Όταν συγκεντρώσουμε όλα τα κομμάτια του παζλ, ίσως τότε μπορέσουμε να δούμε ολόκληρη την εικόνα να αποκαλύπτεται μπροστά μας.

 Την επόμενη φορά λοιπόν που θα βρεθείς έξω τη νύχτα, σήκωσε το βλέμμα στον ουρανό και θυμήσου πως, κρυμμένοι μέσα στο σκοτάδι ανάμεσα στα άστρα, υπάρχουν δισεκατομμύρια κόσμοι που περιμένουν ακόμη να ανακαλυφθούν.