Astronomowie są w sposób zrozumiały zafascynowani systemem Epsilon Eridani. Po pierwsze, ten układ gwiezdny znajduje się blisko naszego własnego, w odległości około 10,5 lat świetlnych od Układu Słonecznego. Po drugie, od pewnego czasu wiadomo, że zawiera dwa pasy asteroid i duży dysk na śmieci. Po trzecie, astronomowie od wielu lat podejrzewają, że ta gwiazda może mieć również układ planet.
Co więcej, nowe badanie przeprowadzone przez zespół astronomów wykazało, że Epsilon Eridani może być taki, jak nasz własny Układ Słoneczny w młodości. Opierając się na samolotach NASA Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), zespół przeprowadził szczegółową analizę systemu, która wykazała, że ma architekturę niezwykle podobną do tego, co według astronomów wyglądał kiedyś Układ Słoneczny.
Zespół kierowany przez Kate Su - Associate Astronomer and Steward Observatory na University of Arizona - zespół obejmuje badaczy i astronomów z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Stanowego Iowa, Instytutu Astrofizycznego i Obserwatorium Uniwersyteckiego na Uniwersytecie w Jenie (Niemcy) oraz NASA Jet Propulsion Laboratory i Ames Research Center.
Ze względu na ich badania - których wyniki opublikowano w The Astronomical Journal pod tytułem „Wewnętrzna dystrybucja zanieczyszczeń AU 25 w systemie Epsilon Eri” - zespół polegał na danych uzyskanych podczas lotu SOFIA w styczniu 2015 r. W połączeniu ze szczegółowym modelowaniem komputerowym i badaniami, które trwały przez lata, byli w stanie nowe ustalenia dotyczące struktury dysku na śmieci.
Jak już wspomniano, wcześniejsze badania Epsilon Eridani wykazały, że system jest otoczony pierścieniami zbudowanymi z materiałów, które są w zasadzie resztkami z procesu formowania się planet. Takie pierścienie składają się z gazu i pyłu, i uważa się, że zawierają także wiele małych skalistych i lodowych ciał - takich jak własny Pas Kuipera Układu Słonecznego, który krąży wokół Słońca poza Neptunem.
Dokładne pomiary ruchu dysku wykazały również, że planeta o prawie takiej samej masie jak Jowisz okrąża gwiazdę w odległości porównywalnej do odległości Jowisza od Słońca. Jednak na podstawie wcześniejszych danych uzyskanych przez Kosmiczny Teleskop Spitzer NASA naukowcy nie byli w stanie określić położenia ciepłego materiału w dysku - tj. Pyłu i gazu - co doprowadziło do powstania dwóch modeli.
W jednym ciepły materiał koncentruje się w dwóch wąskich pierścieniach gruzu, które krążą wokół gwiazdy w odległościach odpowiednio odpowiadających Głównemu Pasowi Asteroid i Uranowi w naszym Układzie Słonecznym. Według tego modelu największa planeta w systemie prawdopodobnie byłaby związana z sąsiednim pasem gruzu. Z drugiej strony ciepły materiał znajduje się w szerokim dysku, nie jest skoncentrowany w pierścieniach przypominających pas asteroidy i nie jest związany z żadnymi planetami w obszarze wewnętrznym.
Korzystając z nowych zdjęć SOFIA, Su i jej zespół mogli ustalić, że ciepły materiał wokół Epsilon Eridani jest ułożony tak, jak sugeruje pierwszy model. Zasadniczo jest on w co najmniej jednym wąskim pasie, a nie w szerokim ciągłym dysku. Jak Su wyjaśnił w komunikacie prasowym NASA:
„Wysoka rozdzielczość przestrzenna SOFIA w połączeniu z unikalnym pokryciem długości fali i imponującym zakresem dynamicznym kamery FORCAST pozwoliła nam rozwiązać problem emisji ciepła wokół eps Eri, potwierdzając model, który zlokalizował ciepły materiał w pobliżu orbity planety Jowisz. Co więcej, potrzebny jest obiekt masy planetarnej, aby zatrzymać warstwę pyłu ze strefy zewnętrznej, podobnie jak rola Neptuna w naszym Układzie Słonecznym. To naprawdę imponujące, jak eps Eri, znacznie młodsza wersja naszego Układu Słonecznego, jest zbudowana tak jak nasza. ”
Obserwacje te były możliwe dzięki pokładowym teleskopom SOFIA, które mają większą średnicę niż Spitzer - 2,5 metra (100 cali) w porównaniu do 0,85 m Spitzera (33,5 cali). Pozwoliło to na znacznie większą rozdzielczość, której zespół użył do rozpoznania szczegółów w systemie Epsilon Eridani, które były trzy razy mniejsze niż zaobserwowano przy użyciu danych Spitzera.
Ponadto zespół wykorzystał potężną kamerę środkowej podczerwieni SOFIA - Faint Object infraRed CAmera dla teleskopu SOFIA (FORCAST). Ten instrument umożliwił zespołowi zbadanie najsilniejszych emisji podczerwieni pochodzących z ciepłego materiału wokół gwiazdy, które w przeciwnym razie byłyby niewykrywalne przez naziemne obserwatoria - przy długościach fal od 25 do 40 mikronów.
Te obserwacje dalej wskazują, że system Epsilon Eridani jest bardzo podobny do naszego, choć w młodszej formie. Oprócz posiadania pasów asteroid i tarczy gruzu, która jest podobna do naszego Pasa Głównego i Pasa Kuipera, wydaje się, że prawdopodobnie ma więcej planet czekających na znalezienie w przestrzeniach między nimi. W związku z tym badanie tego układu może pomóc astronomom dowiedzieć się czegoś o historii naszego Układu Słonecznego.
Massimo Marengo, jeden ze współautorów badania, jest profesorem nadzwyczajnym na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Stanowego Iowa. Jak wyjaśnił w komunikacie prasowym University of Iowa:
„Ta gwiazda jest gospodarzem układu planetarnego przechodzącego obecnie te same kataklizmiczne procesy, jakie miały miejsce w Układzie Słonecznym w jego młodości, w czasie, gdy Księżyc zyskał większość swoich kraterów, Ziemia pozyskała wodę w swoich oceanach i warunki sprzyjające życiu na naszej planecie zostały ustawione. ”
W tej chwili trzeba będzie przeprowadzić więcej badań tego sąsiedniego układu gwiazd, aby dowiedzieć się więcej o jego strukturze i potwierdzić istnienie większej liczby planet. Oczekuje się, że wdrożenie instrumentów nowej generacji - takich jak kosmiczny teleskop Jamesa Webba, którego premiera planowana jest na październik 2018 r. - będzie niezwykle pomocne w tym zakresie.
„Nagrodą na końcu tej drogi jest zrozumienie prawdziwej struktury dysku nie z tego świata Epsilon Eridani i jego interakcji z kohortą planet prawdopodobnie zamieszkujących jego system”, napisała Marengo w biuletynie na temat projektu. „SOFIA, dzięki swojej wyjątkowej zdolności do przechwytywania światła podczerwonego na suchym niebie stratosferycznym, jest najbliższa maszynie czasu, ujawniając przebłysk starożytnej przeszłości Ziemi, obserwując teraźniejszość pobliskiego młodego słońca”.
