Η προτεινόμενη αποστολή EVE της NASA φιλοδοξεί να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια που κρύβει ο γαλαξίας μας, το οποίο σχετίζεται άμεσα με το τελικό μέγεθος και τη σύσταση των εξωπλανητών. Η διαρκής εξόρμηση της ανθρωπότητας στο βαθύ διάστημα με τη βοήθεια προηγμένων διαστημικών τηλεσκοπίων κατέληξε να δημιουργεί πολλά περισσότερα ερωτήματα από όσα αρχικά απάντησε. Καθώς οι αστρονόμοι και οι επιστήμονες δεδομένων αναλύουν τους χιλιάδες κόσμους που έχουν ανακαλυφθεί πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, έχουν έρθει αντιμέτωποι με ένα εντυπωσιακό στατιστικό παράδοξο. Ενώ τα επιστημονικά όργανα εντοπίζουν με χαρακτηριστική ευκολία αμέτρητους βραχώδεις πλανήτες που ανήκουν στην κατηγορία των super-Earths, καθώς και πολυάριθμους, πιο “αφράτους” αεριώδεις κόσμους που ταξινομούνται ως sub-Neptunes, υπάρχει μια εντυπωσιακή και ανεξήγητη έλλειψη πλανητών που διαθέτουν ακτίνα περίπου 1.8 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης.
Το φαινόμενο της κοιλάδας των ακτίνων στους εξωπλανήτες
Αυτό το τεράστιο κενό στα στατιστικά δεδομένα των διαστημικών παρατηρήσεων είναι ευρέως γνωστό στην αστροφυσική κοινότητα ως radius valley. Πρόκειται για μια ανωμαλία που προβληματίζει τους ερευνητές εδώ και χρόνια, καθώς καταδεικνύει ότι η διαδικασία σχηματισμού των πλανητών δεν είναι απολύτως ομοιόμορφη, αλλά υπακούει σε συγκεκριμένους, αυστηρούς κανόνες που διαμορφώνουν την τελική τους μορφή. Η αποστολή EVE (Early eVolution Explorer) σχεδιάστηκε από τη NASA ακριβώς για να κατανοήσει πλήρως και να εξηγήσει τον λόγο για τον οποίο υφίσταται αυτό το εξελικτικό χάσμα. Το σχέδιο της διαστημικής υπηρεσίας βασίζεται σε μια απλή, αλλά ταυτόχρονα εξαιρετικά φιλόδοξη στρατηγική: την απευθείας παρατήρηση των πλανητών ενώ αυτοί βρίσκονται ακόμα σε πολύ πρώιμο στάδιο ανάπτυξης. Το ερευνητικό μοντέλο της αποστολής θα εστιάσει αποκλειστικά σε νεοσχηματισμένα αστρικά σμήνη, με απώτερο σκοπό να καταγράψει την ακριβή εικόνα που παρουσιάζουν οι μικροί πλανήτες πριν υποστούν τις σαρωτικές αλλαγές που επιφέρουν δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής εξέλιξης και περιβαλλοντικής αλλοίωσης.
Η σύγκρουση ανάμεσα σε δύο κυρίαρχες αστροφυσικές θεωρίες
Για να εξηγήσουν την ύπαρξη του radius valley, οι επιστήμονες έχουν θέσει στο τραπέζι των συζητήσεων δύο βασικές, επικρατούσες θεωρίες. Η πρώτη θεωρία υποστηρίζει ότι ένα τεράστιο ποσοστό μικρών πλανητών ξεκινά τη ζωή του διαθέτοντας εξαιρετικά παχιά περιβλήματα υδρογόνου και ηλίου, θυμίζοντας στην όψη μικρούς gas dwarfs. Ωστόσο, εάν η τροχιά αυτών των πλανητών βρίσκεται υπερβολικά κοντά στο μητρικό τους άστρο, το οποίο στα πρώτα στάδια της ζωής του είναι εξαιρετικά ενεργό και βίαιο, η ισχυρότατη αστρική ακτινοβολία κυριολεκτικά “γδύνει” τον πλανήτη από τα αέρια στρώματά του. Η διαδικασία αυτή της φωτοεξάτμισης αφήνει πίσω της μόνο τους γυμνούς, βραχώδεις πυρήνες, δημιουργώντας έτσι τους κόσμους που ονομάζουμε super-Earths. Αντίθετα, οι πλανήτες που βρίσκονται σε πιο απομακρυσμένες και ασφαλείς τροχιές καταφέρνουν να διατηρήσουν ανέπαφη την αρχέγονη ατμόσφαιρά τους, εξελισσόμενοι τελικά στους γνωστούς μας sub-Neptunes.
Η δεύτερη θεωρία υποστηρίζει μια εντελώς διαφορετική οπτική, ισχυριζόμενη ότι αυτός ο μορφολογικός διαχωρισμός είναι πρακτικά προδιαγεγραμμένος από τη στιγμή της γέννησης του ίδιου του πλανητικού συστήματος. Σύμφωνα με αυτή την εκδοχή, οι super-Earths σχηματίζονται εξ αρχής ως απολύτως ξηροί και βραχώδεις κόσμοι στις εσωτερικές και θερμότερες περιοχές κοντά στο άστρο. Από την άλλη πλευρά, οι sub-Neptunes σχηματίζονται πολύ πιο μακριά, πέρα από τη γραμμή του πάγου, ως πυκνοί πλανήτες που είναι εξαιρετικά πλούσιοι σε νερό και πτητικά στοιχεία. Επομένως, το φαινόμενο δεν οφείλεται σε κάποιο δραματικό γεγονός ατμοσφαιρικής απώλειας, αλλά πρόκειται περισσότερο για μια αυστηρή, κοσμική γραμμή διαλογής υλικών. Για να δοθεί μια οριστική απάντηση σε αυτή την επιστημονική διαμάχη, η αποστολή EVE θα επιχειρήσει να μελετήσει στοχευμένα πλανήτες με ηλικία μικρότερη των 50 εκατομμυρίων ετών.
Στρατηγική παρατήρησης και στόχευση νεαρών αστρικών σμηνών
Ο επιχειρησιακός σχεδιασμός που ακολουθεί η αποστολή EVE προβλέπει τη συστηματική παρακολούθηση 30 εντελώς διαφορετικών πεδίων που φιλοξενούν νεαρά αστρικά σμήνη. Το υπερσύγχρονο διαστημικό τηλεσκόπιο θα παραμένει σταθερά προσανατολισμένο σε κάθε μεμονωμένο πεδίο για 30 συνεχόμενες ημέρες, καταγράφοντας με απόλυτη ακρίβεια τις αλλαγές στη φωτεινότητα. Στο πλαίσιο αυτής της προγραμματισμένης αποστολής, η οποία έχει σχεδιαστεί να διαρκέσει 2.5 χρόνια, αναμένεται να καλυφθούν και να αναλυθούν εξονυχιστικά περίπου 20.000 νεοσχηματισμένα άστρα. Η παρακολούθηση θα διεξαχθεί χρησιμοποιώντας την καθιερωμένη μέθοδο transit, καταγράφοντας δηλαδή την ελάχιστη μείωση του αστρικού φωτός που προκαλείται όταν ένας πλανήτης περνά ακριβώς μπροστά από τον μητρικό του ήλιο.
Η πρόκληση των αστρικών εκλάμψεων και οι πολυφασματικοί αισθητήρες
Το μεγαλύτερο τεχνικό εμπόδιο σε αυτή τη διαδικασία είναι ότι τα νεαρά άστρα είναι εξαιρετικά ασταθή, χαοτικά και επιρρεπή σε βίαιες, μαγνητικές εκρήξεις. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το χαοτικό περιβάλλον, η αποστολή EVE θα εξοπλιστεί με τρεις ανεξάρτητους, προηγμένους αισθητήρες. Η σουίτα των οργάνων περιλαμβάνει συστήματα που καλύπτουν το near-ultraviolet φάσμα, το optical φάσμα, καθώς και το near-infrared. Ο λόγος για αυτή την πολυπλοκότητα είναι άκρως πρακτικός: οι συχνές αστρικές εκλάμψεις, γνωστές ως stellar flares, μπορούν πολύ εύκολα να μιμηθούν τα σήματα που αφήνει ένας πλανήτης κατά τη διάβασή του, ξεγελώντας τα παραδοσιακά όργανα μέτρησης.
Η εφαρμογή μιας ολοκληρωμένης, multi-band λύσης αναμένεται να προσφέρει την απαραίτητη διαύγεια και σαφήνεια στα δεδομένα που θα φτάνουν πίσω στη Γη. Παρακολουθώντας ταυτόχρονα την αυξημένη δραστηριότητα των εκλάμψεων στο υπεριώδες φως, το λογισμικό θα μπορεί να διαχωρίσει τις πραγματικές διαβάσεις από τα ψευδή σήματα. Οι ερευνητές αισιοδοξούν ότι η αποστολή EVE θα καταφέρει τελικά να καθαρίσει όλον αυτόν τον ψηφιακό θόρυβο, αποκαλύπτοντας την πραγματική φύση και τη δομή των πλανητών που βρίσκονται σε φάση ανάπτυξης, γράφοντας ένα νέο, καθοριστικό κεφάλαιο στην ιστορία της πλανητικής αστροφυσικής.
