Astronomové objevili chybějící článek při vzniku planet

Podle současných názorů vznikají planety uvnitř disků prachu a plynu obklopujících mladé hvězdy. Avšak astronomové usilují o zkompletování souhrnné teorie jejich vzniku, která by vysvětlila, jak se počáteční zrnka prachu vyvinou do podoby planet. Francouzsko-anglicko-australský tým se domnívá, že našel odpověď v simulacích ukazujících vznik „prachových pastí“, kde se fragmenty velikosti kamínků shromažďují a spojují dohromady, až vyrostou do podoby stavebních bloků planet. Svoje závěry publikovali v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Naše Sluneční soustava a další planetární systémy započaly svoji existenci jako disky plynu a prachových zrníček kolem mladých hvězd. Ne zcela probádané procesy přivedly tato malá zrníčka o velikosti několika milióntin metru (mikronů) do útvarů velikých několik centimetrů. Mechanismus, kterým se tato tělíska spojila v kilometrové balvany, tzv. planetesimály, představujících planetární jádra, není zatím dobře prozkoumán.

Proces shromažďující kamínky a spojující je dohromady do těles velikosti asteroidů je méně jasný. Ale vzhledem k tomu, že již bylo objeveno téměř 3 600 známých planet mimo Sluneční soustavu, tj. kolem jiných hvězd, musí být celý tento proces všudypřítomný.

Jean-Francois Gonzalez, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Francie, je hlavním autorem nové práce, který poskytnul následující komentář: „Až doposud jsme se snažili vysvětlit, jak se drobné kamínky mohou spojit dohromady a vytvořit planety, a zatím jsme objevili obrovský počet planet na oběžných drahách kolem hvězd. To nás staví před myšlenku, jak tuto záhadu vyřešit.“

Existují dvě hlavní bariéry, které je potřeba překonat, aby se z kamínků staly planetesimály. Především je nutné zastavit plyn a zrníčka prachu v disku směřující rychle směrem k centrální hvězdě, kde jsou rozbíjeny, unikají a není zde žádný vhodný materiál pro vznik planet. Druhým zpochybněním je, že rostoucí zrníčka mohou být rozbita při vysokorychlostních kolizích, kdy jsou rozdrobena na velký počet drobných úlomků a dochází ke změně procesu spojování.

Kreslená ilustrace představuje jednotlivé fáze vytváření mechanismu prachových pastí. Centrální hvězda je vyobrazena žlutou barvou a obklopuje ji protoplanetární disk znázorněný modře. Zrníčka prachu vytvářejí průběžný pás napříč diskem. V první fázi zrníčka prachu zvětšují své rozměry a pohybují se směrem dovnitř k centrální hvězdě. Ve druhé fázi (prostřední část obrázku) větší zrníčka velikosti kamínků se v té době srážejí a dál pozvolna klesají dolů. Ve třetí etapě plyn a prach unikající směrem od hvězdy vytváří zpětnou reakcí oblasti – tzv. prachové pasti – kde se částice mohou hromadit.

Jedinými oblastmi v protoplanetárním disku – v místě zrodu planet – kde tyto problémy srážek mohou být překonány, jsou tzv. prachové pasti. V těchto oblastech vysokého tlaku je driftující pohyb pomalý, což umožňuje slepování zrníček prachu. V důsledku snížené rychlosti se mohou zrníčka prachu také vyhnout fragmentaci při vzájemných srážkách. Až doposud se astronomové domnívali, že prachové pasti mohou existovat ve velmi specifickém prostředí; avšak počítačové simulace naznačují, že jsou velmi běžné.

Efekt známý jako aerodynamická brzda zpětné reakce je obvykle zanedbatelný, stejně tak byl ignorován při výzkumu zvětšování a rozbíjení zrníček prachu. Avšak jeho efekty se stávají důležitými v prostředí bohatém na prach, jako třeba v případě vzniku planet.

Efekt zpětné reakce je dlouhotrvající při pohybu zrníček směrem ke hvězdě, který jim poskytuje čas na zvětšování velikosti. Jakmile je jejich velikost dostatečná, zrníčka se stávají vlastním pánem a plyn nemůže déle ovládat jejich pohyb. Plyn pod vlivem této zpětné reakce bude působit dostatečným tlakem směrem ven a vytvoří oblast vysokého tlaku: prachové pasti. Tyto samovolné pasti následně soustředí zrníčka prachu přicházející z vnějších oblastí disku, vytvoří velmi hustý prstenec z pevných částic a poskytnou tak pomocnou ruku pro vznik planet.

Jean-Francois Gonzalez dodává: „Byli jsme nadšeni z objevu, kdy pomocí správných ingrediencí na správném místě mohou samovolně vznikat prachové pasti v prostředí obrovských rozměrů. To je jednoduché a snadno pochopitelné řešení dlouhodobého problému při vzniku planet.“

Observatoře, jako je například ALMA v Chile, již pozorovaly světlé a tmavé prstence vznikajících planetárních soustav, které jsou podle názoru astronomů právě takovými prachovými pastmi. Jean-Francois Gonzalez se svými spolupracovníky a dalšími výzkumnými skupinami z celého světa nyní plánují rozšíření modelů prachových pastí pro vznik planetesimál.

Zdroj: https://phys.org/news/2017-02-spontaneous-astronomers-link-planet-formation.html a http://www.universetoday.com/133933/finally-missing-link-planetary-formation/

Související informace – tisková zpráva ESO: https://www.astrovm.cz/cz/pro-navstevniky/aktuality-ak/alma-objevila-tovarnu-na-komety.html

autor: František Martinek