Tři želené prstence kolem mladé hvězdy potvrzují formování planet

Pozorování pomocí interferometru Very Large Telescope Interferometer (VLTI) Evropské jižní observatoře (ESO) nalezla různé silikátové sloučeniny a potenciálně železo, tj. látky, které také ve velkém množství nacházíme na kamenných planetách Sluneční soustavy. Tříprstencová struktura se nachází v zóně vznikajících planet v cirkumstelárním disku, kde kovy a minerály slouží jako rezervoár stavebních bloků planet.

Výzkumný tým, včetně astronomů z Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), detekoval tříprstencovou strukturu v porodnici planet ve vnitřním planetotvorném disku mladé hvězdy. Tato konfigurace naznačuje, že se v mezerách mezi prstenci tvoří dvě planety o hmotnosti Jupitera. Podrobná analýza je v souladu s bohatými pevnými zrny kovů doplňujícími složení prachu. Výsledkem je, že disk pravděpodobně ukrývá kovy a minerály podobné těm na pozemských planetách Sluneční soustavy. Nabízí pohled do podmínek připomínajících ranou Sluneční soustavu před více než čtyřmi miliardami let během formování kamenných planet, jako je Merkur, Venuše a Země.

Vznik Země a celé Sluneční soustavy inspiruje vědce i veřejnost. Studiem současného stavu naší domovské planety a dalších objektů ve Sluneční soustavě si vědci vytvořili podrobný obraz podmínek, kdy se před 4,5 miliardami let vyvinuly z disku tvořeného prachem a plynem obklopujícího novorozené Slunce.

Tři prstence naznačující dvě planety
Díky dechberoucímu pokroku dosaženému ve výzkumu tvorby hvězd a planet zaměřeném na vzdálené nebeské objekty můžeme nyní zkoumat podmínky v prostředí kolem mladých hvězd a porovnávat je s podmínkami odvozenými pro ranou Sluneční soustavu. Pomocí interferometru Very Large Telescope Interferometer (VLTI) Evropské jižní observatoře (ESO) to dokázal mezinárodní tým výzkumníků vedený Józsefem Vargou z Konkolyho observatoře v Budapešti. Pozorovali planetární disk mladé hvězdy HD 144432, vzdálený přibližně 500 světelných let.

„Při studiu rozložení prachu v nejvnitřnější oblasti disku jsme poprvé detekovali složitou strukturu, ve které se prach v takovém prostředí hromadí ve třech soustředných prstencích,“ říká Roy van Boekel, který je vědeckým pracovníkem Institutu Maxe Plancka pro astronomii (MPIA) v Heidelbergu v Německu a je spoluautorem základního výzkumného článku publikovaného v časopise Astronomy & Astrophysics. „Tato oblast odpovídá zóně, kde se ve Sluneční soustavě vytvořily kamenné planety,“ dodává van Boekel. Ve srovnání se Sluneční soustavou leží první prstenec kolem HD 144432 na oběžné dráze Merkuru a druhý je blízko trajektorie Marsu. Navíc třetí prstenec zhruba odpovídá oběžné dráze Jupitera.

Až dosud astronomové nacházeli takové konfigurace převážně ve větších vzdálenostech odpovídajících oblastem za místem, kde Saturn obíhá kolem Slunce. Prstencové systémy v discích kolem mladých hvězd obecně ukazují na planety vznikající v mezerách, když na své cestě hromadí prach a plyn. HD 144432 je však prvním příkladem tak složitého prstencového systému tak blízko své hostitelské hvězdy. Vyskytuje se v zóně bohaté na prach, stavební kámen kamenných planet, jako je Země. Za předpokladu, že prstence naznačují přítomnost dvou planet tvořících se v mezerách, astronomové odhadli, že jejich hmotnosti se přibližně podobají hmotnosti Jupitera.

Podmínky mohou být podobné rané Sluneční soustavě
Astronomové určili složení prachu v disku až do vzdálenosti od centrální hvězdy, která odpovídá vzdálenosti Jupitera od Slunce. To, co našli, je vědcům, kteří studují Zemi a kamenné planety ve Sluneční soustavě, velmi dobře známé: různé silikáty (sloučeniny kov-křemík-kyslík) a další minerály přítomné v zemské kůře a plášti a možná i kovové železo, které je přítomno v jádru Merkuru a na Zemi. Pokud by se tato studie potvrdila, byla by tak první, která objevila železo v disku tvořícím exoplanetu.

Připojený obrázek je náčrt disku HD 144432, jak byl pozorován pomocí VLTI. Data jsou v souladu se strukturou tří soustředných prstenců. Mezery mezi prstenci obecně naznačují, že velké planety vznikají akumulací prachu a plynu podél jejich oběžné dráhy kolem hostitelské hvězdy. Křemičitanové minerály jsou primárně přítomny jako krystaly ve vnitřní horké zóně. Pozorování VLTI nemohou omezit studený vnější disk.

„Astronomové dosud vysvětlili pozorování prašných disků se směsí uhlíkového a silikátového prachu, materiálů, které vidíme téměř všude ve vesmíru,“ vysvětluje van Boekel. Z chemického hlediska je však věrohodnější směs železa a silikátů pro horké, vnitřní oblasti disku. A skutečně, chemický model, který Varga, hlavní autor základního výzkumného článku, aplikoval na data, přináší lepší výsledky při zavádění železa místo uhlíku.

Kromě toho může být prach pozorovaný v disku HD 144432 horký až 1800 Kelvinů (přibližně 1500 stupňů Celsia) na vnitřním okraji a mírných až 300 Kelvinů (přibližně 25 stupňů Celsia) ve větší vzdálenosti. Minerály a železo tají a znovu kondenzují, často jako krystaly, v horkých oblastech poblíž hvězdy. Uhlíková zrna by naopak nepřežila teplo a místo toho by byla přítomna jako plynný oxid uhelnatý nebo oxid uhličitý. Uhlík však může být stále významnou složkou pevných částic ve studeném vnějším disku, což pozorování provedená pro tuto studii nemohou vysledovat.

Prach bohatý na železo a chudý na uhlík by také dobře odpovídal podmínkám ve Sluneční soustavě. Merkur a Země jsou planety bohaté na železo, zatímco Země obsahuje relativně málo uhlíku. „Myslíme si, že disk HD 144432 může být velmi podobný rané Sluneční soustavě, která poskytovala spoustu železa kamenným planetám, které dnes známe,“ říká van Boekel. „Naše studie může představovat další příklad ukazující, že složení Sluneční soustavy může být typické.“

Interferometrie řeší drobné detaily
Získat výsledky bylo možné pouze při pozorování s výjimečně vysokým rozlišením, jaké poskytuje VLTI. Kombinací čtyř 8,2metrových dalekohledů VLT na observatoři ESO Paranal mohou rozlišit detaily, jako by astronomové použili dalekohled s primárním zrcadlem o průměru 200 metrů. József Varga, Roy van Boekel a jejich spolupracovníci získali data pomocí tří přístrojů k dosažení širokého pokrytí vlnových délek v rozsahu od 1,6 do 13 mikrometrů, což představuje infračervené světlo.

MPIA poskytla životně důležité technologické prvky dvěma zařízením, GRAVITY a Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE). Jedním z primárních cílů MATISSE je prozkoumat skalnaté planetární zóny disků kolem mladých hvězd. „Při pohledu na vnitřní oblasti protoplanetárních disků kolem hvězd se snažíme prozkoumat původ různých minerálů obsažených v disku – minerálů, které později vytvoří pevné součásti planet, jako je Země,“ říká Thomas Henning, ředitel MPIA.

Vytváření snímků pomocí interferometru, jako jsou ty, které jsme zvyklí získávat z jednotlivých dalekohledů, však není jednoduché a časově je velmi náročné. Efektivnějším využitím drahocenného pozorovacího času k dešifrování struktury objektu je porovnat řídká data s modely potenciálních cílových konfigurací. V případě disku HD 144432 data nejlépe reprezentuje tříprstencová struktura.

Kromě Sluneční soustavy se zdá, že HD 144432 poskytuje další příklad planet formujících se v prostředí bohatém na železo. Tím však astronomové nekončí. „Stále máme několik slibných kandidátů, kteří čekají, až se na ně pomocí VLTI podíváme blíže,“ zdůrazňuje van Boekel. Při dřívějších pozorováních objevil tým kolem mladých hvězd řadu disků, které naznačují konfigurace, které stojí za to znovu pozorovat. Jejich detailní strukturu a chemii však odhalí pomocí nejnovějších přístrojů VLTI. Nakonec by astronomové mohli objasnit, zda se planety běžně tvoří v prachových discích bohatých na železo v blízkosti jejich mateřských hvězd.

Zdroj: https://scitechdaily.com/challenging-cosmic-origins-how-three-iron-rings-could-redefine-planet-formation/

autor: František Martinek