Αν υπάρχει ένα μάθημα που μας δίδαξε η σύγχρονη αστροφυσική –και η ποπ κουλτούρα μέσω του "Three-Body Problem"– είναι ότι η ουράνια μηχανική σπάνια είναι προβλέψιμη. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι είχαν μια ικανοποιητική εικόνα για το πώς κινούνται οι πλανήτες σε συστήματα με δύο ήλιοι. Ωστόσο, μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (Berkeley) έρχεται να ανατρέψει τα δεδομένα, προσθέτοντας στην εξίσωση τον αστάθμητο παράγοντα της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.
Η ανακάλυψη αυτή δεν έχει μόνο θεωρητικό ενδιαφέρον. Εξηγεί επιτέλους ένα μυστήριο που απασχολεί τους αστρονόμους εδώ και δεκαετίες: Γιατί οι πλανήτες τύπου «Τατουίν» –εκείνοι δηλαδή που περιφέρονται γύρω από δύο άστρα, όπως στο Star Wars– είναι τόσο σπάνιοι στο Sύμπαν;
Ο Νεύτωνας δεν είναι αρκετός
Για χρόνια, η επικρατούσα άποψη στην αστρονομική κοινότητα βασιζόταν στην κλασική μηχανική του Ισαάκ Νεύτωνα. Σύμφωνα με αυτήν, η βαρύτητα θεωρείται μια δύναμη που δρα ακαριαία μεταξύ των σωμάτων. Τα μοντέλα που χρησιμοποιούσαν οι ερευνητές για να προσομοιώσουν την κίνηση πλανητών σε δυαδικά συστήματα (συστήματα με δύο άστρα) έδειχναν ότι οι τροχιές αυτών των πλανητών θα έπρεπε να είναι σταθερές για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Ωστόσο, η πραγματικότητα των παρατηρήσεων από τα τηλεσκόπια Kepler και TESS διέψευδε τα μοντέλα. Παρόλο που τα δυαδικά συστήματα άστρων είναι εξαιρετικά κοινά στο Σύμπαν, οι πλανήτες που φιλοξενούνται σε αυτά είναι δυσανάλογα λίγοι.
Η απάντηση δόθηκε από τον Cheng-Han Hsieh, διδακτορικό φοιτητή στο Berkeley και επικεφαλής της νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal Letters. Ο Hsieh και η ομάδα του απέδειξαν ότι αν αγνοήσουμε τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, χάνουμε τη μισή αλήθεια.
Η «εκδίκηση» της Γενικής Σχετικότητας
Το πρόβλημα εντοπίζεται σε αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν «ιεραρχικό σύστημα τριών σωμάτων». Φανταστείτε δύο άστρα που χορεύουν το ένα γύρω από το άλλο στο κέντρο και έναν πλανήτη που περιφέρεται γύρω από αυτό το ζεύγος σε μεγαλύτερη απόσταση.
Μέχρι πρότινος, οι αστρονόμοι θεωρούσαν ότι οι επιπτώσεις της Γενικής Σχετικότητας –της θεωρίας που περιγράφει τη βαρύτητα ως καμπύλωση του χωροχρόνου και όχι ως δύναμη– ήταν αμελητέες σε τέτοια συστήματα, εκτός αν μιλούσαμε για ακραία αντικείμενα όπως μαύρες τρύπες. Η νέα έρευνα αποδεικνύει ότι αυτή η υπόθεση ήταν λανθασμένη.
Η ομάδα του Berkeley πραγματοποίησε χιλιάδες προσομοιώσεις και ανακάλυψε ότι οι σχετικιστικές επιδράσεις, όσο μικρές κι αν φαίνονται αρχικά, συσσωρεύονται με την πάροδο του χρόνου. Αυτό προκαλεί διαταραχές στην τροχιά του πλανήτη, οδηγώντας το σύστημα σε χάος. Το αποτέλεσμα; Ο πλανήτης είτε συγκρούεται βίαια με ένα από τα άστρα είτε εκσφενδονίζεται στο διαστρικό κενό, αφήνοντας πίσω του ένα «μοναχικό» ζεύγος άστρων.
Το φαινόμενο της μετάπτωσης και η αστάθεια
Ο μηχανισμός πίσω από αυτή την καταστροφή είναι η λεγόμενη «μετάπτωση». Καθώς τα σώματα κινούνται, οι ελλειπτικές τους τροχιές περιστρέφονται αργά. Ο Νεύτωνας προβλέπει έναν συγκεκριμένο ρυθμό μετάπτωσης, αλλά ο Αϊνστάιν προβλέπει έναν ελαφρώς διαφορετικό.
Στα συστήματα τριών σωμάτων, αυτή η διαφορά δεν είναι απλώς μια μαθηματική λεπτομέρεια. Η σχετικιστική μετάπτωση μπορεί να συντονιστεί με τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των τριών σωμάτων, ενισχύοντας τις ταλαντώσεις της τροχιάς του πλανήτη. Αντί η τροχιά να παραμένει επίπεδη και σταθερή, αρχίζει να παραμορφώνεται και να γίνεται εξαιρετικά έκκεντρη.
Αυτό το φαινόμενο εξηγεί γιατί δεν έχουμε βρει πολλούς «εξωγήινους» κόσμους με διπλά ηλιοβασιλέματα. Οι περισσότεροι από αυτούς καταστράφηκαν εκατομμύρια χρόνια πριν προλάβουμε να τους παρατηρήσουμε, θύματα των αμείλικτων νόμων της φυσικής που περιέγραψε ο Αϊνστάιν το 1915.
Αναθεωρώντας την αναζήτηση για ζωή
Τα ευρήματα αυτά έχουν τεράστια σημασία για το μέλλον της αστρονομίας και την αναζήτηση εξωγήινης ζωής. Τα περισσότερα άστρα στον γαλαξία μας δεν είναι μοναχικά όπως ο Ήλιος, αλλά βρίσκονται σε ζεύγη. Αν η Γενική Σχετικότητα καθιστά δύσκολη την επιβίωση πλανητών γύρω από αυτά τα ζεύγη, τότε οι πιθανότητες να βρούμε κατοικήσιμους κόσμους σε τέτοια συστήματα μειώνονται δραματικά.
Η έρευνα του Hsieh λειτουργεί ως φίλτρο για τις μελλοντικές αποστολές. Αντί να ψάχνουμε τυφλά σε δυαδικά συστήματα που είναι εγγενώς ασταθή λόγω σχετικιστικών φαινομένων, οι αστρονόμοι μπορούν πλέον να εστιάσουν εκεί που οι συνθήκες ευνοούν τη μακροχρόνια επιβίωση των πλανητών.
