Astronómovia po prvýkrát pozorovali v bezprecedentných detailoch procesy, ktoré v vznikajúcich solárnych systémoch viedli k vzniku hviezd a planét. Použitím oboch Keckových ďalekohľadov na Mauna Kea na Havaji vybavených špecificky skonštruovaným nástrojom s názvom ASTRA (ASTrometric and phase-Referted Astronomy) sa Joshua Eisner z Arizonskej univerzity a jeho kolegovia mohli hlboko nahliadnuť do protoplanetárnych diskov - víriace oblaky plynu a prach, ktorý živí rastúcu hviezdu v jej strede a nakoniec sa zhlukuje na planéty a asteroidy za vzniku slnečnej sústavy. To, čo videli, poskytuje pohľad na spôsob, akým je vodík zahrnutý do protoplanetárneho disku včlenený do hviezdy.
Aby sa dosiahlo mimoriadne jemné rozlíšenie potrebné na pozorovanie procesov, ktoré sa dejú na hranici medzi hviezdou a jej okolitým diskom 500 svetelných rokov od Zeme, tím skombinoval svetlo z dvoch Keckových ďalekohľadov, čo poskytuje jemnejšie rozlíšenie ako Hubbleov , Eisner a jeho tím tiež použili techniku zvanú spektro-astrometria na zvýšenie rozlíšenia. Meraním svetla vyžarovaného z protoplanetárnych diskov pri rôznych vlnových dĺžkach pomocou oboch zrkadiel Keck a ďalšou manipuláciou s ASTRA dosiahli vedci rozlíšenie potrebné na pozorovanie procesov v centrách rodiacich sa slnečných systémov.
„Uhlové rozlíšenie, ktoré môžete dosiahnuť pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu, je asi 100-krát príliš hrubé na to, aby bolo vidieť, čo sa deje tesne pred vznikajúcou hviezdou, ktorá nie je o moc väčšia ako naše slnko,“ povedal Eisner. Inými slovami, dokonca aj protoplanetárny disk, ktorý je dosť blízko na to, aby sa mohol brať do úvahy v susedstve našej slnečnej sústavy, by sa javil ako bezvýrazný blob.
Vďaka tejto novej technike bol tím schopný rozlišovať medzi distribúciou plynu, zväčša tvoreným vodíkom, a prachom, čím sa vyriešili vlastnosti disku.
"Dokázali sme sa naozaj dostať, naozaj blízko hviezdy a pozrieť sa priamo na rozhranie medzi plynom bohatým protoplanetárnym diskom a hviezdou," uviedol Eisner.
Protoplanetárne disky sa tvoria v hviezdnych škôlkach, keď sa pod vplyvom gravitácie začínajú zrútiť oblaky molekúl plynu a prachových častíc.
Rastúca hmota a gravitácia oblaku spočiatku pomaly rotujú a spôsobujú, že je hustšia a kompaktnejšia. Zachovanie rotačnej hybnosti zrýchľuje oblak, podobne ako krasokorčuliar sa točí rýchlejšie, keď ťahá za ruky. Odstredivá sila splošťuje oblak do rotujúceho disku víriaceho plynu a prachu, čo nakoniec vedie k vzniku planét obiehajúcich okolo ich hviezdy v približne rovnakej rovine.
Astronómovia vedia, že hviezdy získavajú hmotu začlenením časti plynného vodíka do disku, ktorý ich obklopuje, do procesu nazývaného narastanie, ku ktorému môže dôjsť jedným z dvoch spôsobov.
V jednom scenári je plyn prehltnutý, pretože sa vyplavuje priamo na ohnivý povrch hviezdy.
V druhom, oveľa násilnejšom scenári, magnetické polia vymetajúce z hviezdy tlačia späť prichádzajúci plyn a spôsobujú jeho zhlukovanie, čím sa vytvára medzera medzi hviezdou a jej okolitým diskom. Namiesto lapovania na povrchu hviezdy sa atómy vodíka pohybujú pozdĺž magnetických siločiar, akoby na diaľnici, v tomto procese sa prehriali a ionizovali.
"Akonáhle je uväznený v magnetickom poli hviezdy, plyn je lievikovaný pozdĺž línií poľa vyklenutých vysoko nad a pod rovinou disku," vysvetlil Eisner. "Materiál potom narazil do polárnych oblastí hviezdy pri vysokých rýchlostiach."
V tomto pekle, ktoré uvoľňuje energiu miliónov atómových bômb s veľkosťou Hirošima každú sekundu, sa časť prúdu oblúkového plynu vypustí z disku a chrlí sa do vesmíru ako medzihviezdny vietor.
"Chceme pochopiť, ako materiál narastá na hviezdu," povedal Eisner. „Tento proces nebol nikdy priamo zmeraný.“
Eisnerov tím nasmeroval ďalekohľady na 15 protoplanetárnych diskov s hmotnosťou mladých hviezd, ktoré sa pohybovali medzi polovicou a desaťnásobkom hmotnosti nášho Slnka.
"Dalo by sa úspešne zistiť, že vo väčšine prípadov plyn premieňa časť svojej kinetickej energie na svetlo veľmi blízko k hviezdam," povedal, čo je znakom scenára prudšieho nárastu.
"V iných prípadoch sme videli dôkazy o vniknutí vetra do vesmíru spolu s hromadením materiálu na hviezdach," dodal Eisner. "Dokonca sme našli príklad - okolo veľmi vysokej hviezdy - v ktorom môže disk dosiahnuť celú cestu k hviezdnemu povrchu."
Slnečné systémy, ktoré si astronómovia vybrali pre túto štúdiu, sú stále mladé, pravdepodobne niekoľko miliónov rokov staré.
„Tieto disky budú existovať ešte niekoľko miliónov rokov,“ povedal Eisner. "Dovtedy sa môžu vytvoriť prvé planéty, plynové giganty podobné Jupiteru a Saturnovi, pričom spotrebujú veľa materiálu na disku."
Pevnejšie, skalnaté planéty, ako sú Zem, Venuša alebo Mars, nebudú v blízkom okolí.
„Stavebné bloky pre nich by sa teraz mohli tvoriť,“ povedal, a preto je tento výskum dôležitý pre naše pochopenie toho, ako sa tvoria solárne systémy, vrátane tých, ktoré majú potenciálne obývateľné planéty ako Zem.
"Uvidíme, či dokážeme urobiť podobné merania organických molekúl a vody v protoplanetárnych diskoch," uviedol. "To by boli tie, ktoré by potenciálne viedli k vzniku planét s podmienkami pre život."
Príspevok tímu bol publikovaný v Astrofyzikálnom časopise
Papier: Eisner a kol. Priestorovo a spektrálne rozpustný plynný vodík do 0,1 AU T Tauri a Herbig Ae / Be Stars.
Zdroj: Arizonská univerzita
