I hnědí trpaslíci by mohli hostit kamenné exoplanety

ESO 048/12 tisková zpráva

Částice kosmického prachu kolem nepodařených hvězd jsou podle měření ALMA výrazně větší

Astronomové využívající přístroj ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) objevili, že vnější oblasti prachového disku kolem hnědého trpaslíka obsahují až milimetrová pevná zrnka. Jsou tedy podobná těm, která nalézáme v hustších discích kolem mladých hvězd. Překvapivý objev je tvrdým oříškem pro současné teorie vzniku kamenných planet o velikosti Země a naznačuje, že tyto objekty by mohly být ve vesmíru ještě početnější, než se dříve myslelo.

Předpokládá se, že kamenné planety vznikají v důsledku náhodných kolizí a slepování původně mikroskopických částic v discích hmoty kolem hvězd. Tato drobná zrníčka známá jako kosmický prach se podobají velmi jemným sazím či písku. Astronomové však neočekávali, že by se v okolí hnědých trpaslíků – objektů podobných obřím plynným planetám, které jsou příliš malé, aby zářily jako hvězdy – prachová zrnka mohla nabalovat. Předpokládali, že jejich disky jsou řídké a částice se v nich pohybují příliš rychle na to, aby se při vzájemných kolizích slepily. Uznávané teorie navíc předpovídají, že všechna vzniklá prachová zrna by měla rychle putovat směrem k hnědému trpaslíkovi a vytratit se z vnější části disku, kde by bylo možné je pozorovat.      

„Objev milimetrových zrn v takto drobném disku nás opravdu překvapil,“ říká Luca Ricci (California Institute of Technology, USA), vedoucí týmu astronomů ze Spojených států, Evropy a Chile. „Pevná zrnka této velikosti by se neměla tvořit v chladných vnějších oblastech disku kolem hnědého trpaslíka, a přesto to vypadá, že se tam vyskytují. Nemůžeme si být jisti, jestli se zde může vytvořit, nebo se již vytvořila, i celá kamenná planeta, ale vidíme počáteční fázi jejího vývoje. Budeme tedy muset změnit naše předpoklady týkající se podmínek, za jakých probíhá zvětšování prachových částic.“

Na rozdíl od předchozích zařízení umožnilo zvětšující se rozlišení přístroje ALMA detekovat v okolí hnědého trpaslíka molekuly oxidu uhelnatého. Je to vůbec poprvé, co se podařilo v takovém disku najít chladný molekulární plyn. Společně s objevem milimetrových prachových zrnek tyto objevy naznačují, že pozorovaný disk je mnohem podobnější diskům kolem mladých hvězd, než se dříve předpokládalo.

Objev byl učiněn pomocí nekompletního radioteleskopu ALMA, který se nachází ve vysoko položené chilské poušti. ALMA je sestava vysoce přesných talířovitých antén, které pracují společně jako jeden velký dalekohled a umožňují tak pozorovat vesmír s vysokou citlivostí v dříve nedosažitelných detailech. ALMA pozoruje vesmír na milimetrových vlnových délkách, které jsou pro člověka neviditelné. Konstrukce celého přístroje by měla být dokončena v roce 2013, ale astronomové začali s neúplnou sestavou antén pozorovat již v roce 2011. 

Astronomové zamířili dalekohled ALMA na mladého hnědého trpaslíka ISO-Oph 102 (Rho-Oph 102), který se nachází v souhvězdí Hadonoše a přísluší k oblasti hvězdotvorby Rho Ophiuchi. S hmotností 60krát převyšující planetu Jupiter, která však představuje pouze 0,06 hmotnosti Slunce, má hnědý trpaslík příliš málo hmoty na to, aby zažehnul ve svém nitru termojaderné reakce, díky kterým běžné hvězdy svítí. Přesto však vydává tepelné záření, a to díky pomalému gravitačnímu smršťování. Září tak temně rudou barvou, avšak mnohem slaběji než hvězda.  

Dalekohled ALMA však zachytil záření na vlnových délkách kolem 1 mm, které emituje hmota v disku ohřátá zářením hnědého trpaslíka. Ukrytá prachová zrnka významně nevyzařují na vlnových délkách, které jsou větší než jejich vlastní rozměry. U delších vlnových délek je tedy možné naměřit značný pokles jasnosti. ALMA je pro tato měření ideálním přístrojem, který umožňuje stanovit velikost prachových zrn. Astronomové porovnávali jasnost disku na vlnových délkách 0,89 mm a 3,2 mm. Pokles jasnost však nebyl tak výrazný, jak očekávali, což ukazuje, že některé prachové částice mají milimetrové nebo větší rozměry.    

„ALMA je mocným nástrojem, který umožní vyřešit řadu záhad vzniku planetárních systémů,“ říká Leonardo Testi (ESO), jeden z členů týmu. „Pokud bychom něco podobného zkoušeli s předchozí generací přístrojů, potřebovali bychom asi měsíc pozorovacího času – což je v praxi nemožné. S využitím pouhé čtvrtiny celkového počtu antén ALMA jsme stejného výsledku dosáhli za méně než hodinu!“ dodává Testi.

V nedaleké budoucnosti bude dokončený systém ALMA tak výkonný, že umožní získat detailní snímky disků kolem Rho-Oph 102, ale i u dalších objektů. „Brzy budeme schopni nejen detekovat přítomnost malých částic v discích, ale také zmapovat jejich rozložení a sledovat, jakým způsobem interagují s plynem, který rovněž pozorujeme. To nám pomůže lépe pochopit, jak planety vznikají,“ vysvětluje Ricci. 

Zdroj

Další informace

Výzkum byl prezentován v odborném časopise Astrophysical Journal Letters.

Složení týmu: Luca Ricci a Leonardo Testi spolupracovali s Antonellou Natta (INAF-Osservatorio Astrofisico de Arcetri), Aleksem Scholzem (Dublin Institute for Advanced Studies) a Itziar de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory).

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

V roce 2012 si připomínáme padesáté výročí založení Evropské Jižní Observatoře (ESO). ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• další informace ALMA a ESO
• Mezinárodní observatoř ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Luca Ricci; California Institute of Technology; Tel.: +1 626 395 2460; Email: lricci@astro.caltech.edu

Leonardo Testi; ESO; Garching, Germany; Tel.: +49 89 3200 6541; Email: ltesti@eso.org

Douglas Pierce-Price; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6759; Email: dpiercep@eso.org

John Stoke; National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Charlottesville, VA, USA; Tel.: +1 434 244 6816; Email: jstoke@nrao.edu

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1248. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.