Spitzer zachytil hvězdu při vytváření kometárních krystalků

Astronomové se dlouho zajímali o to, jak se drobounké silikátové krystalky, které potřebují ke svému vzniku vysoké teploty, staly součástí ledových komet, zrozených za mrazivých teplot na vnějším okraji Sluneční soustavy. Tyto krystalky by měly začít svoji existenci jako nekrystalické polymorfní silikátové částice, částečně smíchané s plynem a prachem, z kterého se zformovala naše planetární soustava.

Mezinárodní tým astronomů se domnívá, že nalezl vysvětlení, kde a jak se tyto krystalky mohly zrodit. K výzkumu použili Spitzerův kosmický dalekohled, kterým pozorovali mladou hvězdu podobnou Slunci, nacházející se ve vzdálenosti 460 světelných roků od Země. Výsledky jejich výzkumu, které byly publikovány 14. 5. 2009 v časopise Nature, přinášejí rovněž nový pohled na vznik planet a komet.

Odborníci z Německa, Maďarska a Nizozemí zjistili, že křemičitany jsou transformovány na krystalickou formu působením výronů žhavých plynů, k nimž dochází na mateřské hvězdě. Zaznamenali infračervené spektrum silikátových krystalků v prachoplynném disku, který obklopuje hvězdu EX Lupi (v souhvězdí Vlka), v průběhu jednoho z četných výtrysků, pozorovaného observatoří Spitzer v dubnu 2008. Tyto krystalky nebyly zaregistrovány při dřívějších pozorováních hvězdného disku během jedné z klidných period v rané fázi vývoje hvězdy.

„Předpokládáme, že jsme vůbec poprvé pozorovali probíhající vznik krystalků,“ říká Attila Juhasz, jeden z autorů článku (Max-Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Německo). „Myslíme si, že krystalky vznikaly při procesu tepelného žíhání malých částic ve vnější povrchové vrstvě vnitřní části disku kolem hvězdy v důsledku tepla při výronu žhavých plynů.“ Toto je zcela nová představa, jak se mohl tento materiál vytvořit.

Žíhání je proces, při kterém je materiál zahříván na určitou teplotu, při které se změní některé fyzikální vlastnosti materiálu. Je to jedna z možností, jak se amorfní silikátový prach může přeměnit na krystalickou formu. Žíhání se velmi často používá při zpracování oceli či v chemickém průmyslu.

Astronomové již dříve zvažovali dva možné rozdílné scénáře, při nichž se žíháním mohou vytvořit silikátové krystalky, objevené v kometách a v discích kolem mladých hvězd. První možností je dlouhotrvající vystavení tepelnému záření mladé horké hvězdy, čímž dojde k žíhání některých silikátových zrníček prachu uvnitř disku. Druhou zvažovanou možností je rázová vlna, indukovaná působením velkého tělesa v disku, která může náhle zahřát prachová zrníčka na potřebnou teplotu k jejich krystalizaci. Po průchodu rázové vlny by došlo podobně rychle k ochlazení krystalků.

Attila Juhasz se svými spolupracovníky pozoroval hvězdu EX Lupi, na kterou se nehodily žádné dřívější teorie. „Shodli jsme se na tom, že toto je třetí možnost, při které mohou být silikátové krystalky vytvořeny žíháním, která doposud zvažována nebyla,“ říká Peter Abraham (Hungarian Academy of Sciences' Konkoly Observatory, Budapešť, Maďarsko), hlavní autor článku.

EX Lupi je mladá hvězda – pravděpodobně se podobá na naše Slunce v době před 4 až 5 miliardami roků. Jednou za několik let u ní dochází k výraznému zvýšení jasnosti, což je podle názoru astronomů důsledkem odvržení zahřátého materiálu, který je akumulován v disku obklopujícím hvězdu. Tato vzplanutí proměnlivé intenzity s opravdu velkou explozí se vyskytují zhruba jednou za 50 let.

Astronomové pozorovali hvězdu EX Lupi v oboru infračerveného záření pomocí Spitzerova kosmického dalekohledu 21. dubna 2008. Ačkoliv hvězda pozvolna ztrácela na jasnosti po velkém vzplanutí v lednu 2008, pořád ještě byla 30krát jasnější, než když byla v klidu. Když porovnali tento nový pohled na vybuchující hvězdu s měřeními, která uskutečnili pomocí Spitzerova dalekohledu 18. března 2005 před začátkem bouřlivého období, narazili na podstatné změny.

V roce 2005 se křemičitany na povrchu disku kolem hvězdy nacházely v podobě amorfních zrníček prachu. V roce 2008 pořízené spektrum ukázalo na přítomnost krystalických silikátů na povrchu amorfního prachu. Jedná se o krystaly minerálu forsterit, krystalizující v kosočtverečné krystalické soustavě, což je materiál často pozorovaný v kometách a protoplanetárních discích. Krystalky jsou zřejmě poněkud teplé, což je důkazem, že byly vytvořeny v důsledku vysokoteplotních procesů, nikoliv zahřátím rázovou vlnou.

„Při vzplanutí zvýšila hvězda EX Lupi svoji svítivost více než 100krát,“ říká Juhasz. „Krystaly vznikají na povrchu vnější vrstvy disku, avšak pouze v takové vzdálenosti od hvězdy, kde je teplota dostatečně vysoká pro proces žíhání silikátových zrníček, tj. asi 730 °C – avšak nižší než 1200 °C. Při překročení této teploty by došlo k vypaření prachových zrníček.“ Poloměr krystalizační zóny, kterou astronomové popisují, je srovnatelný s oblastí vnitřních planet v naší Sluneční soustavě.

„Tato pozorování ukazují jednak skutečný vznik silikátů v krystalické formě, které se podobají silikátům objeveným v kometách a meteoritech v naší Sluneční soustavě,“ říká Michael Werner (NASA, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornie). „To, co dnes pozorujeme v kometách, mohlo být vyprodukováno opakovanými výrony žhavých plynů a energie v době, kdy Slunce ještě bylo mladé.“

Zdroj: http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2009-11/release.shtml

autor: František Martinek