Jak určit složení exokomet v okolních planetárních soustavách?

Astronomové vůbec poprvé objevili způsob, jak zjistit chemické složení exokomet kroužících ve velkém počtu v blízkých planetárních soustavách, a to využitím srovnání nového modelu produkce plynů na základě nedávných nových dat z pozorování pomocí observatoře ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Kosmické mise – jako například evropská sonda Rosetta, která nedávno zkoumala kometu 67P/Churyumov-Gerasimenko – mohou pomoci vyřešit dávnou otázku, jak se život dostal na Zemi, a to na základě kvantifikace chemického složení komet ve Sluneční soustavě. Komety jsou v tomto směru nejdůležitější, protože jsou tvořeny stejným materiálem, z kterého vznikly planety; avšak protože jsou příliš malé pro vznik geologických procesů a strávily většinu svého života ve velmi studených oblastech vesmíru, zůstaly nedotčenými vzorky, na kterých můžeme studovat podmínky v období před vznikem planet. A tak jejich složení umožňuje přímo vystopovat stavební bloky planet – a protože ledové asteroidy a komety jsou podle názoru astronomů schopny dopravit na Zemi zásoby vody, jejich vlastnosti rovněž souvisejí s tím, zda budou planety obyvatelné.

Existují samozřejmě i další planetární soustavy za hranicemi té naší, a tak můžeme rozšířit představu využití komet k porovnání vlastností mladé Sluneční soustavy vůči dalším soustavám. To vede k bezprostřední možnosti určení fyzikálních vlastností těchto soustav včetně možnosti obyvatelnosti exoplanet, to vše na základě měření složení exokomet (tj. komet nacházejících se v jiných planetárních soustavách).

Nedávno Quentin Kral, Luca Matra, Mark Wyatt a Grant Kennedy, členové týmu astronomů z Institute of Astronomy (Cambridge), předpověděli množství plynu uvolňovaného z takovýchto exokomet, které obklopují blízkou planetární soustavu. S nástupem radioteleskopu ALMA do provozu je možné shromáždit nová pozorování exokometárních plynů v těchto soustavách a porovnat je s předpověděnými údaji. To umožňuje astronomům odhadnout složení exokomet – a následně materiálu, z kterého vznikly exoplanety ve velkém počtu planetárních soustav.

Složitost metod vědeckého zkoumání se ukazuje i při výzkumu exokomet. Zobrazování jednotlivých vzdálených komet je velmi obtížné i v naší Sluneční soustavě, protože jsou velmi studené a tmavé, avšak je zcela vyloučeno u jiných planetárních soustav. Místo toho jedním z možných řešení je pozorování signálů z celého souboru komet. Ve Sluneční soustavě se komety uvnitř Kuiperova pásu (což je prstenec ledových těles za drahou planety Neptun) nepřetržitě srážejí, přitom dochází k vytváření velkého množství prachu a plynů, které unikají z rozdrcených hornin a ledových těles. Ke stejnému procesu dochází i v okolí jiných hvězd, které jsou podobné Slunci a pozůstatky prachu z těchto kolizí jsou pozorovány již více než 30 let jako prachové disky. Až donedávna však plynná složka – která je rozhodující pro určení množství ledu v kometách – byla příliš slabá na to, abychom ji mohli pozorovat. Tento problém byl nyní vyřešen využitím schopnosti interferometru ALMA k detekci plynů v extrasolárních obdobách Kuiperova pásu.

Vyvinutý model umožnil astronomům předpovědět množství plynu v okolí jakéhokoliv planetárního systému, který obsahuje vlastní verzi Kuiperova pásu. Porovnání pozorovaných vlastností každého prachového disku umožní astronomům kvantifikovat míru produkce plynu v těchto oblastech. Na základě porovnání uskutečněných pozorování a předpovědi rovněž přináší možnost odvození složení komet v jednotlivých soustavách. Díky zařízení ALMA astronomové očekávají, že množství případů pozorování plynů, které se uvolňují v exokometárních discích, se bude značně zvyšovat v průběhu příštích roků. Z tohoto důvodu nyní mají v úmyslu rozšířit tento experiment na řadu dalších planetárních soustav, aby určili jejich poměr horniny a ledu v kometách a tyto údaje porovnali s poznatky z naší Sluneční soustavy.

Potom konečně mohou učinit první krok k pochopení toho, jak se složení exokomet mění s rozmanitostí planetárních soustav objevených v naší Galaxii (k 4. 6. 2017 je známo 3 610 exoplanet v 2 704 planetárních soustavách). To má potenciál vytvářet první významné vymezení stavebních bloků planetárních soustav za hranicemi Sluneční soustavy.

Na připojené ilustraci je znázorněn extrasolární systém obsahující 5 planet a disk exokomet (podobný Kuiperovu pásu ve Sluneční soustavě). Plynný oxid uhelnatý (CO) je uvolňován z exokomet v oblasti disku. V důsledku dopadajícího silného ultrafialového záření je oxid uhelnatý rozbíjen na atomy uhlíku a kyslíku, které se následně rozšíří do všech směrů od mateřské hvězdy. Plynný disk kolem hvězdy může být pozorován pomocí radioteleskopu ALMA a při použití počítačových modelů mohou vědci určit složení exokomet uvolňujících tyto plyny (a porovnat výsledky se složením komet ve Sluneční soustavě).

Zdroj: http://www.ast.cam.ac.uk/content/using.novel.gas.observations.probe.exocomet.composition

autor: František Martinek