V posledných niekoľkých desaťročiach sa hon na ďalšie planéty v našej galaxii zahrial, pričom v 2 886 systémoch bolo odhalených 3869 planét a ďalších 2 898 kandidátov čaká na potvrdenie. Aj keď objav týchto planét vedcov veľa naučil o druhoch planét, ktoré existujú v našej galaxii, o procese tvorby planét ešte stále nevieme.
Na zodpovedanie týchto otázok medzinárodný tím nedávno použil Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) na vykonanie prvého rozsiahleho prieskumu protoplanetárnych diskov s veľkým rozlíšením okolo blízkych hviezd. Tento program, známy ako projekt Diskové štruktúry pri vysokom uhlovom rozlíšení (DSHARP), poskytol obrazy s vysokým rozlíšením 20 blízkych systémov, v ktorých sa prach a plyn nachádzali v procese vytvárania nových planét.
Ich výsledky boli zdieľané v sérii desiatich príspevkov, ktoré sa majú objaviť v špeciálnom vydaní Astrofyzikálny časopis, Zodpovedný tím zahŕňal členov Harvardského Smithsonovského centra pre astrofyziku (CfA), spoločné observatórium ALMA a viaceré observatóriá, výskumné ústavy a univerzity.
Vedci DSHARP v každom prípade zaznamenali prítomnosť medzier na disku, ktoré boli ďaleko od centrálnej hviezdy a zdalo sa, že vymedzujú vnútornú a vonkajšiu časť disku. Výsledné krúžky sa tiež husto zabalili alebo vytvorili tenšie pásy, v závislosti od ich vzdialenosti od hviezdy. Tieto vzorce, naznačili, mohli byť výsledkom neviditeľného planetárneho spoločníka, ktorý disk poškodil.
Ďalšou možnosťou je, že diskové štruktúry sú vystavené globálnej nestabilite podobnej tým, ktoré sú vidieť na špirálovitých galaxiách (ako je Mliečna dráha). Podľa vedcov je najpútavejším vysvetlením to, že veľké planéty (ako sú plynové giganty) sa formovali prevažne na vonkajších miestach k diskom, čo by naznačovalo, že k tvorbe planét dochádza oveľa rýchlejšie, ako to súčasné teórie o formovaní planéty umožňujú.
Toto možné vysvetlenie by tiež pomohlo vysvetliť, ako sú pozemské planéty (t. J. Skalnaté a podobné veľkosti ako Zem), ktoré sa tvoria bližšie k ich hviezdam, schopné prežiť v počiatočných fázach ich formovania. Sean Andrews, astronóm v Harvard-Smithsonianskom stredisku pre astrofyziku (CfA) a jeden z vedúcich predstaviteľov * pozorovacej kampane ALMA, vysvetlil význam týchto zistení v tlačovej správe NRAO:
„Cieľom tejto mesačnej pozorovacej kampane bolo hľadať štrukturálne spoločné znaky a rozdiely v protoplanetárnych diskoch. Pozoruhodne ostré videnie ALMA odhalilo predtým neviditeľné štruktúry a nečakane zložité vzorce. Vidíme zreteľné detaily okolo širokého sortimentu mladých hviezd rôznych hmôt. Najpútavejšou interpretáciou týchto veľmi rozmanitých funkcií v malom meradle je to, že s diskovým materiálom interagujú neviditeľné planéty. “
Podľa vedúcich modelov tvorby planéty sa planéty rodia postupným hromadením prachu a plynu vo vnútri protoplanetárneho disku. Začína sa tým, že sa zrnká prachu zhlukujú a vytvárajú väčšie a väčšie kamene, až kým sa neobjavia asteroidy, planestezimály a planéty. Predpokladá sa, že tento proces trvá milióny rokov, čo znamená, že by ním boli viac zviditeľnené protoplanetárne disky v starších systémoch.
Prvé pozorovania ALMA však naznačili, že mnoho mladých protoplanetárnych diskov malo dobre definované štruktúry, ako sú krúžky a medzery. Tieto vlastnosti sú zvyčajne spojené s prítomnosťou planét a boli dokonca nájdené v niekoľkých systémoch, ktoré mali len jeden milión rokov. Ako Jane Huang, postgraduálna študentka CfA a členka výskumného tímu, vysvetlila:
„Bolo prekvapujúce, že v prvých obrazoch mladých diskov s vysokým rozlíšením boli možné podpisy formovania planéty. Bolo dôležité zistiť, či išlo o anomálie alebo či boli tieto podpisy bežné na diskoch. “
Pretože počiatočný súbor vzoriek bol taký malý, kampaň DSHARP bola namontovaná, aby sa porovnali ďalšie protoplanetárne disky. Pretože je známe, že častice prachu žiaria v milimetrových vlnových dĺžkach, tím kampane bol schopný použiť pole ALMA na presné mapovanie distribúcie hustoty prachových pásov okolo mladých hviezdnych systémov a (v závislosti od vzdialenosti hviezdy) na mapovanie prvkov ako malý ako niekoľko astronomických jednotiek.
Na konci výskumný tím zistil, že mnohé zo subštruktúr (t. J. Sústredné medzery a úzke krúžky) boli spoločné pre takmer všetky disky, zatiaľ čo veľké špirálové vzorce a znaky podobné oblúku boli zriedkavejšie. Zistili tiež, že disky a medzery boli prítomné v rôznych vzdialenostiach od hostiteľských hviezd - od niekoľkých AU po viac ako sto.
Ako bolo poznamenané, tieto pozorovania môžu pomôcť vyriešiť pretrvávajúce tajomstvo, pokiaľ ide o teórie formovania planéty. Astronómovia sa konkrétne pýtajú, ako by sa mohli planéty tvoriť, keď by dynamika hladkého protoplanetárneho disku spôsobila, že akékoľvek teleso s priemerom viac ako centimeter spadne do svojej hostiteľskej hviezdy. Za týchto okolností by skalné predmety väčšie ako asteroid nemali existovať.
Husté prstene prachu, ktoré tím pozoroval, by v podstate spôsobili poruchy disku, čo by mohlo vytvoriť zóny, v ktorých by boli planetezimály bezpečné a mali by mať čas potrebný na to, aby vyrástli na planéty. Ako Laura Perez, výskumníčka z Čílskej univerzity a členka výskumného tímu, uviedla:
„Keď ALMA skutočne odhalila svoje schopnosti pomocou svojho ikonického obrazu HL Tau, museli sme sa pýtať, či to bol otvor, pretože disk bol pomerne masívny a mladý. Tieto najnovšie pozorovania ukazujú, že hoci je HL Tau pozoruhodný, nie je ani zďaleka nezvyčajný a môže skutočne predstavovať normálny vývoj planét okolo mladých hviezd. “
Tento výskum ukazuje silu, ktorú dnes majú špičkové nástroje a vedecká spolupráca. Vďaka schopnosti vidieť viac a vidieť ďalej, vedci sú schopní testovať astronomické teórie ako nikdy predtým. A v tomto procese sa potvrdzujú a spochybňujú naše najzákladnejšie predstavy o tom, ako vznikol vesmír.
Určite si užite túto animáciu toho, ako vyzerá protoplanetárny disk, so súhlasom programu NRAO Outreach:
* Ďalšími vodcami pozorovacej kampane ALMA sú Andrea Isella z Rice University, Laura Pérez z Čilskej univerzity a Cornelis Dullemond z Heidelberg University.
