Det nuvarande antalet exoplaneter - antalet planeterastronomer har hittat kretsar kring andra stjärnor - står vid 312. Det är många planeter. Men det kan hjälpa om vi visste exakt var vi ska titta. Ny forskning som använder superdatorsimuleringar av dammiga skivor runt solliknande stjärnor visar att planeter nästan lika små som Mars kan skapa mönster i dammet som framtida teleskop kanske kan upptäcka. Forskningen pekar på en ny väg i jakten på beboeliga planeter. "Det kan ta ett tag innan vi direkt kan avbilda jordliknande planeter runt andra stjärnor, men innan dess kan vi upptäcka de utsmyckade och vackra ringarna som de snider i interplanetiskt damm," säger Christopher Stark, studiens ledande forskare vid University of Maryland, College Park.
I samarbete med Marc Kuchner vid NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Modellerade Stark hur 25 000 dammpartiklar svarade på närvaron av en enda planet - allt från Marsmassan till fem gånger jorden - som kretsar kring en solliknande stjärna. Med hjälp av NASA: s Thunderhead-superdator på Goddard körde forskarna 120 olika simuleringar som varierade storleken på dammpartiklarna och planetens massa och omloppsavstånd.
”Våra modeller använder tio gånger så många partiklar som tidigare simuleringar. Detta gör att vi kan studera ringkonstruktionernas kontrast och former, ”tillägger Kuchner. Från dessa data kartlade forskarna densiteten, ljusstyrkan och värmesignaturen som härrör från varje uppsättning parametrar.
"Det är inte uppskattat att planetsystem - inklusive våra egna - innehåller mycket damm," tillägger Stark. "Vi kommer att lägga det dammet som fungerar för oss."
Mycket av dammet i vårt solsystem formar in i Jupiters bana, eftersom kometer smuldrar nära solen och asteroider i alla storlekar kolliderar. Dammet reflekterar solljus och kan ibland ses som en kilformad himmelglöd - kallat zodiakljuset - före soluppgången eller efter solnedgången.
Datormodellerna står för dammets svar på tyngdkraften och andra krafter, inklusive stjärnans ljus. Starlight utövar ett litet drag på små partiklar som får dem att förlora orbitalenergi och driva närmare stjärnan.
"Partiklarna spiral inåt och blir sedan tillfälligt instängda i resonanser med planeten," förklarar Kuchner. En resonans uppstår närhelst en partikels omloppsperiod är ett litet antal förhållanden - till exempel två tredjedelar eller fem-sjättar - av planeten.
Till exempel, om en dammpartikel gör tre banor runt sin stjärna varje gång planeten fullbordar en, kommer partikeln upprepade gånger att känna en extra gravitations bogserbåt på samma punkt i sin bana. Under en tid kan denna extra nudge kompensera dragkraften från stjärnbelysning och dammet kan sätta sig i subtila ringliknande strukturer.
"Partiklarna spiralar in mot stjärnan, fastnar i en resonans, faller ut ur den, spiralar i några fler, fastnar i en annan resonans, och så vidare," säger Kuchner. Att redovisa det komplexa samspelet mellan krafter på tiotusentals partiklar krävde den matematiska hästkraften hos en superdator.
Vissa forskare konstaterar att närvaron av stora mängder damm kan utgöra ett hinder för att direkt avbilda jordliknande planeter. Framtida rymduppdrag - som NASA: s James Webb rymdteleskop, som nu är under uppbyggnad och planeras för lansering 2013, och den föreslagna Terrestrial Planet Finder - kommer att studera närliggande stjärnor med dammiga diskar. Modellerna skapade av Stark och Kuchner ger astronomer en förhandsgranskning av dammstrukturer som signalerar närvaron av annars dolda världar.
"Vår katalog hjälper andra att dra slutsatsen till planetens massa och omloppsbanan, liksom de dominerande partikelstorlekarna i ringarna," säger Stark.
Stark och Kuchner publicerade sina resultat i 10 oktober-numret av The Astrophysical Journal. Stark har gjort sitt atlas med exo-zodiac-dammsimuleringar tillgängliga online.
Källa: Goddard Space Flight Center
