Exobolygók és Naprendszerünk múltja
1995. októberben fedezték fel az első idegen bolygót, mára már több, mint száz exobolygót, idegen csillag körül keringő bolygót ismerünk. 1999-ben fedezték fel az első idegen naprendszert, ez legalább 3 bolygóból áll. Az exobolygók felfedezése örömteli tény, mert igazolta azt a régi várakozást, hogy Naprendszerünk nem egyedülálló a világegyetemben. Ugyanakkor az exobolygók, az exonaprendszerek nagyon eltérnek saját Naprendszerünk bolygóitól, a rendszer felépítésétől. Ezért eddig nem segítettek hozzá a Naprendszer kialakulásának megértéséhez, inkább növelték a megválaszolandó kérdések számát.
Az ismertté vált exobolygók erősen elliptikus pályán keringenek csillaguk körül, Naprendszerünkben a körhöz közeliek a pályák. Az exobolygók sokkal közelebb vannak központi égitestükhöz, mint hasonló, Naprendszerbeli társaik. Legtöbbjük 2 csillagászati egységnél (cs. e.) közelebb van csillagához. (1 cs. e. a Föld-Nap távolság, a Jupiter távolsága több mint, 5 cs. e.) Az eddig megtalált exobolygók tömege a Jupiteréhez esik közel, 0,75-3 Jupiter-tömegnek felel meg. A mai észlelési technika nem is teszi lehetővé sokkal kisebb bolygók felfedezését. A nagytömegű bolygó hatással van csillaga mozgására, ezért a csillag a megfigyelőhöz képest hol távolodik, hol közeledik. Ennek megfelelően kisugárzott fényének színképe a Doppler-jelenség miatt eltolódik. A színképváltozásokból kiszámítható a bolygó tömege, pályája, központi csillagától való távolsága. Eddig egyetlen esetben sikerült közvetlenül megfigyelni egy exobolygónak csillaga előtt való áthaladását. Meghatározták az átmérőjét, nagyjából a Jupiterével egyenlő.
A bolygórendszerek lassan forgó gázgömbökből formálódnak ki. A forró, központi részből csillag lesz. A távolabbi részek anyaga forgó, lapos korong alakot vesz fel, ebből alakulnak ki a bolygók. A folytatás leírására több modell született. Az egyik szerint ütközések során parányi szikladarabok, por, homokszerű részecskék állnak össze. Ezek tömegvonzásukkal újabb por- és gázrészecskéket ragadnak magukhoz a forgó korongból. Ha a kezdeti mag nagyobb néhány földtömegnél, akkor néhány millió év alatt annyi gázt köt magához, hogy Jupiter vagy Szaturnusz jellegű óriásbolygó jön létre. A kisebb kiinduló magokból lesznek a földszerű bolygók. Ezt a modellt már az exobolygók felfedezése előtt is bírálták, mert túl hosszú időt igényel a bolygók kialakulásához. A csillagokból szétrepülő elektromosan töltött részecskék és az ultraibolya sugárzás hatására a forgó korong néhány millió év alatt elpárolog.
A másik modell szerint a forgó gázkorongban az anyagsűrűség nem egyenletes, csomósodások alakulnak ki. A csomók újabb gázrészecskéket vonzanak magukhoz, majd egyes kezdemények összeroppannak és így jönnek létre a bolygók. Ebben a modellben nincs szükség olyan hosszú időre a bolygók kialakulásához, mint az előbbi modellben. Számítógépes szimulációk szerint mindössze ezer év is elég lehet egy óriásbolygó kialakulásához.
Az exobolygók, az exonaprendszerek leírására egyik modell sem alkalmas. Egyik sem ad választ arra, miért keringenek az idegen bolygók csillagukhoz közel. Keletkezésükhöz a korong belső részében nincs elegendő anyag. Lehet, hogy ezek az óriásbolygók távolabb keletkeztek és később beljebb vándoroltak? Miért állt meg a befelé mozgó bolygó, miért nem zuhant csillagába? Feltételezik, hogy a vándorlás akkor áll meg, amikor az anyagkorong elpárolog. Ez milyen időskálán zajlik, gyorsan vagy millió évek alatt? Más elképzelés szerint a bolygó gravitációs tere úgy módosítja a csillag alakját, ezzel tömegvonzását, hogy az megállítja a befelé igyekvő bolygót. Lehet, hogy az óriásbolygó mégis ott keletkezett, ahol ma is kering. Elképzelhető, hogy a csillag töltött részecske sugárzása legalább 0,5 cs. e. távolságig kisöpörte az anyagot a belső tartományból. Miért erősen elliptikusak a pályák? Jobb magyarázat híján a sokszereplős rendszerben zajló gravitációs kötélhúzásra gondolnak.
A kérdésekre egyelőre nincs válasz, újabb, pontosabb megfigyelési adatokra van szükség. Több észlelőrendszer is épül. Az elektromágneses spektrum milliméteres hullámhossztartományában érzékeny teleszkópokkal bele lehet majd látni a forgó anyagkorongok belsejébe. A milliméteres hullámhosszú sugárzások számára nem jelent akadályt a gáz és a por, akár még éppen formálódó bolygórendszerre is bukkanhatnak. A Sub-Millimeter Array (Mauna Kea, Hawaii) már idén megkezdi az adatgyűjtést, 2005-ben látnak munkához Kaliforniában a következő új rendszerrel: Combined Array for Research in Millimeter-wawe Astronomy. A legnagyobb rendszer Chilében, az Atacama-sivatagban épül európai, japán, USA és kanadai összefogással. Az ALMA (Atacama Large Millimeter Array) 64 darab, egyenként 12 méter átmérőjű teleszkópból áll, a rendszer egyetlen, 14 km (!) átmérőjű parabolaantennával egyenértékű. Az 1 mm hullámhosszon a földi telepítésű ALMA rendszer olyan érzékeny lesz, mint az űrben keringő Hubble-teleszkóp a látható fény tartományában. A rendszer tervezett felbontása lehetővé teszi majd, hogy nyomon kövessék egy fiatal bolygó mozgását a forgó anyagkorongban. Az ALMA 2007-ben kezdhet hozzá az adatgyűjtéshez.
A mágneses monopólus rejtélye
A pozitív és a negatív elektromos töltés egymástól függetlenül is létezik. Mágneses egypólust viszont még nem találtak, az északi és a déli pólus elválaszthatatlan egymástól. A mágneses dipólust mozgó elektromos töltések hozzák létre. 1931-ben P. A. M. Dirac az elektromos töltés kvantáltságát egy mágneses töltés létezésére vezette vissza. Számításai szerint a mágneses töltés egysége az elektromos töltés 68,5-szerese. A Dirac-féle mágneses monopólust újra és újra keresték az egyre nagyobb energiájú részecskegyorsítóknál, mindeddig sikertelenül. Az 1970-es években mértékelméleteket dolgoztak ki az erős és az elektrogyenge kölcsönhatás egyesítésére (GUT – Grand Unification Theory). (Az elektrogyenge kölcsönhatás az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatás már kísérletekkel is széleskörűen igazolt egyesítése.) A GUT megkívánja mágneses monopólus, méghozzá rendkívül nagy tömegű monopólus létezését. A mai és a tervezett részecskegyorsítókban az ilyen monopólus keltéséhez szükséges energia nem érhető el. Az eltérés sok nagyságrend, a laboratóriumi előállítás tehát reménytelen. A korai világegyetemben viszont keletkezhettek ilyen nehéz monopólusok, a kozmikus sugárzásban ma is előfordulhatnak.
Olaszországban a Gran Sasso laboratóriumban 1400 méterrel a felszín alatt 1989-től 2000-ig folyamatosan várták monopólusok jelentkezését. (A nagy mélység alaposan megszűrte az egyéb kozmikus sugárzást, négyzetméterenként és óránként mindössze egyetlen müont észleltek.) A MACRO detektorrendszer egyetlen „gyanús” eseményt sem talált. Az eredménytelen mérés természetesen nem zárja ki mágneses monopólus létezését, de minden eddiginél szigorúbb felső határt szab meg előfordulási gyakoriságára. A rejtély továbbra is megoldatlan.
Hozzászólások