Kiraan eksoplanet semasa - bilangan planet yang ditemui astronomi mengorbit bintang lain - berdiri pada 312. Itu banyak planet. Tetapi ia boleh membantu sekiranya kita tahu dengan tepat di mana mencarinya. Penyelidikan baru yang menggunakan simulasi komputer super dari cakera berdebu di sekitar bintang seperti matahari menunjukkan bahawa planet-planet yang hampir sekecil Mars dapat membuat corak dalam debu yang mungkin dapat dikesan oleh teleskop masa depan. Penyelidikan ini menunjukkan jalan baru dalam mencari planet yang dapat dihuni. "Mungkin beberapa saat sebelum kita dapat secara langsung membayangkan planet-planet seperti bumi di sekitar bintang-bintang lain tetapi, sebelum itu, kita akan dapat mengesan cincin yang indah dan indah yang mereka ukir dalam debu antarplanet," kata Christopher Stark, penyelidik utama kajian itu di University of Maryland, College Park.
Bekerja dengan Marc Kuchner di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, MD, Stark memodelkan bagaimana 25,000 zarah debu bertindak balas terhadap kehadiran satu planet - mulai dari jisim Marikh hingga lima kali Bumi - mengorbit bintang seperti matahari. Menggunakan komputer super Thunderhead NASA di Goddard, para saintis menjalankan 120 simulasi yang berbeza-beza saiz zarah debu dan jarak jisim dan orbit planet ini.
"Model kami menggunakan partikel sepuluh kali lebih banyak daripada simulasi sebelumnya. Ini membolehkan kita mengkaji kontras dan bentuk struktur cincin, ”tambah Kuchner. Dari data ini, para penyelidik memetakan ketumpatan, kecerahan, dan tanda panas yang dihasilkan dari setiap set parameter.
"Tidak dihargai secara meluas bahawa sistem planet - termasuk sistem kita sendiri - mengandungi banyak debu," tambah Stark. "Kita akan meletakkan habuk itu untuk kita."
Sebilangan besar habuk di sistem suria kita terbentuk di dalam orbit Musytari, ketika komet runtuh di dekat matahari dan asteroid dari semua ukuran bertabrakan. Debu memantulkan cahaya matahari dan kadang-kadang dapat dilihat sebagai cahaya langit berbentuk baji - disebut cahaya zodiak - sebelum matahari terbit atau setelah matahari terbenam.
Model komputer menjelaskan tindak balas debu terhadap graviti dan daya lain, termasuk cahaya bintang. Cahaya bintang melakukan sedikit seretan pada zarah-zarah kecil yang menjadikannya kehilangan tenaga orbit dan menghampir ke bintang.
"Zarah-zarah itu berputar ke dalam dan kemudian terperangkap sementara dalam resonans dengan planet ini," jelas Kuchner. Suatu resonans berlaku setiap kali tempoh orbit zarah adalah nisbah bilangan kecil - seperti dua pertiga atau lima-enam - planet.
Sebagai contoh, jika zarah debu membuat tiga orbit di sekitar bintangnya setiap kali planet menyelesaikannya, zarah itu berulang kali akan merasakan tarikan graviti tambahan pada titik yang sama di orbitnya. Untuk sementara waktu, dorongan tambahan ini dapat mengimbangi daya seret dari cahaya bintang dan debu dapat menetap menjadi struktur seperti cincin halus.
"Zarah-zarah berputar ke arah bintang, terperangkap dalam satu resonansi, jatuh dari itu, berputar di beberapa lagi, terperangkap dalam resonansi lain, dan seterusnya," kata Kuchner. Mengira interaksi kekuatan yang kompleks pada berpuluh-puluh ribu zarah memerlukan tenaga kuda matematik superkomputer.
Sebilangan saintis menyatakan bahawa kehadiran debu dalam jumlah besar dapat menjadi halangan untuk menggambarkan secara langsung planet seperti bumi. Misi ruang angkasa masa depan - seperti Teleskop Angkasa James Webb NASA, kini dalam pembinaan dan dijadualkan untuk dilancarkan pada tahun 2013, dan Terestrial Planet Finder yang dicadangkan - akan mengkaji bintang-bintang berdekatan dengan cakera berdebu. Model yang dibuat oleh Stark dan Kuchner memberikan gambaran kepada para astronom mengenai struktur debu yang menandakan adanya dunia yang tersembunyi.
"Katalog kami akan membantu orang lain menyimpulkan jarak massa dan orbit planet, serta ukuran zarah yang dominan di cincin," kata Stark.
Stark dan Kuchner menerbitkan hasilnya dalam edisi 10 Oktober The Astrophysical Journal. Stark telah menyediakan atlas simulasi debu exo-zodiacal dalam talian.
Sumber: Pusat Penerbangan Angkasa Goddard
