Astronomové rádi pozorují vzdálené mladé hvězdy při jejich formování. Hvězdy se rodí z molekulárního mraku, a jakmile se dostatek hmoty v tomto mraku shlukne dohromady, zažehne fúze a hvězda začne svůj život. Zbytkový materiál z formování hvězdy se nazývá cirkumstelární disk.
Jak materiál v cirkumstelárním disku víří kolem nyní rotující hvězdy, shlukuje se do jednotlivých planet. Jak se v něm tvoří planety, zanechávají v tomto disku mezery. Nebo si to alespoň myslíme.
Jedna z nejpozorovanějších mladých hvězd se nazývá HL Tauri. Nachází se v souhvězdí Býka a je asi 450 světelných let daleko. Zařízení Atacama Large Millimeter Array (ALMA) pořídilo známý snímek HL Tauri v roce 2014. Tento snímek je nejostřejším snímkem, jaký kdy ALMA pořídila.
Jedná se o nejostřejší snímek, jaký kdy ALMA pořídila – ostřejší, než jaký je běžně dosahován ve viditelném světle pomocí Hubbleova vesmírného teleskopu NASA/ESA. Ukazuje protoplanetární disk obklopující mladou hvězdu HL Tauri. S mladými hvězdami, jako je tato, a CI Tau, pozorování odhalují podstruktury uvnitř disku, které nikdy předtím nebyly viděny, a dokonce ukazují možné polohy planet tvořících se v tmavých skvrnách v systému. Na tomto obrázku jsou rysy vidět v HL Systém Tauri je označen. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Od té doby astronomové pozorovali další mladé hvězdy a také našli mezery v jejich discích. Všimněte si, že ALMA, jak nám její název napovídá, není dalekohled ve viditelném světle. V cirkumstelárních discích je tolik plynu a prachu, že viditelné světlo je pro jejich studium k ničemu. ALMA pozoruje ve vlnových délkách světla mezi infračervenými a rádiovými vlnami, takže může vidět do vířícího disku plynu a prachu.
Nová studie se zabývala 18 mladými hvězdami a jejich disky a našla důkazy, že 8 z těchto hvězd má to, čemu říkají „zlomy rychlosti“, které mohou signalizovat přítomnost mladých, stále se tvořících planet. Studie se jmenuje „ Devět lokalizovaných odchylek od keplerianské rotace v DSHARP Circumstellar Disks: Kinematic Evidence for Protoplanets Carving the Gaps .“ Hlavním autorem studie je Christophe Pinte z Monash University, Austrálie a University of Grenoble Alpes, Francie). Článek je publikován v The Astrophysical Journal Letters.
Ačkoli astronomové vidí mezery v cirkumstelárních discích, nemohou vidět planety. Po letech pokusů s některými z nejlepších světových dalekohledů astronomové pouze přímo zobrazovali jedna exoplaneta v mezeře kolem jedné hvězdy. Takže i když se může zdát zřejmé, že za to mohou dětské planety a ve skutečnosti neexistuje žádný jiný způsob, jak by se mohly vytvořit, je to stále neprokázaná teorie. Tato nová studie pomáhá dokázat, že alespoň některé z pozorovaných mezer v cirkumstelárních discích jsou způsobeny planetami.
Tato studie použila data z Diskové podstruktury ve vysokém úhlovém rozlišení (DSHARP) projekt. DSHARP používá ALMA ke studiu blízkých jasných cirkumstelárních disků (také nazývaných protoplanetární disky). Podle webové stránky je DSHARP „navržen k posouzení prevalence, forem, umístění, velikostí a amplitud malých substruktur v distribucích materiálu disku a jak mohou souviset s procesem formování planety“.
DSHARP zkoumá 20 jasných blízkých velkých protoplanetárních disků. Obrazový kredit: DSHARP
Pro mezery na discích existují další kandidátská vysvětlení. Jedním z nich jsou sněhové čáry nebo mrazové čáry. V cirkumstelárním troskovém disku je mrazová čára vzdálenost od hvězdy, kde je dostatečně chladno, aby těkavé látky zmrzly. Patří sem nejen vodní led, ale také čpavek, metan, oxid uhličitý a další. Za hranicí mrazu tyto látky zamrzají do pevných ledových zrn.
Dalším možným vysvětlením těchto mezer je slinování prachových zrn. To je, když se prach zhutňuje do pevné struktury působením tepla a tlaku, ale bez tání. Tým vědců tuto myšlenku prozkoumal tento papír .
Mezi další kandidáty patří magneto-hydrodynamické efekty, zonální toky a samoindukované lapače prachu. Po snímku HL Tauri a jejích prstenců ALMA z roku 2014 výzkumníci publikovali řadu dokumentů, které prezentují důkazy ve prospěch všech těchto možných vysvětlení.
Tři misky, které tvoří Atacama Large Millimeter/submillimter Array (ALMA). Obrazový kredit: H. Calderón – ALMA (ESO/NRAO/NAOJ)
Ale žádný z nich není tak zajímavý jako vysvětlení o dětské planetě. A protože nyní víme, že většina, ne-li všechny hvězdy hostí exoplanety, dává to smysl.
ALMA nefotí jen tyto mladé hvězdy a jejich trosky. Svou sílu využívá ke studiu distribuce plynu v discích. Obrázek níže je z nové studie. Porovnává distribuci plynu v pěti discích s měřením rychlosti na stejném disku.
Sloupec vlevo ukazuje distribuci plynu v pěti cirkumstelárních troskách ve studii. Vpravo jsou měření plynu v těchto discích v různých rychlostních kanálech. Tyto obrázky ukazují „zlomy rychlosti“. Obrazový kredit: C. Pinte et al, 2020.
Jádrem této nové studie je to, co se nazývá „zlomy rychlosti“.
Cirkumstelární disk trosek kolem HL Tauri a dalších mladých hvězd je z velké části vyroben z plynu a rotuje. Jak se otáčí, jeho pohyb se řídí Kepleriánská rychlost . Keplerova rychlost popisuje, jak by se měl disk materiálu pohybovat, když mu dominuje masivní těleso v jeho středu. Ale jak ukazuje obrázek výše, v plynu jsou zauzlování. Podle autorů nového článku jsou tyto zlomy důkazem mladých planet.
Z článku: „Vnořené planety narušují tok keplerianského plynu ve své blízkosti a spouštějí spirální vlny na Lindbladových rezonancích uvnitř i vně jejich drah.“
U nejméně jedné z 20 mladých hvězd je narušený tok důkazem velkých plynných obrů: „Přesná měření rotačních křivek odhalila například radiální tlakové gradienty a vertikální toky, pravděpodobně způsobené mezerami vyrytými v povrchové hustotě plynu Jupiterem. -hmotnostní planety na disku HD 163296 .'
Umělecká ilustrace mladých plynných obrů formujících se v cirkumstelárním disku trosek kolem mladé hvězdy. Obrazový kredit: NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello
Studie předkládá mnoho silných důkazů na podporu protoplanet. Autoři ale uznávají, že příčiny mohou být i jiné. Jeden z nich je v samotných datech.
'Několik pozorovacích efektů a fyzikálních mechanismů může vytvořit v mapách kanálů rysy, které vypadají jako zlomy rychlosti,' říkají autoři. „Nejzřejmější z nich je proces rekonstrukce při nízkém poměru signálu k šumu, který často vede k nerovnoměrnému vyzařování, které lze zaměnit za zlomy. Nemůžeme vyloučit, že takové artefakty jsou přítomny v datech DSHARP…“
Ale podnikli kroky k odstranění těchto chyb a na konci své práce uvádějí několik souhrnných prohlášení:
- 'Našli jsme devět lokalizovaných (kanálově specifických) poruch rychlosti svědčících o nekeplerovském pohybu v pozorováních DSHARP 8 protoplanetárních disků, z 18 vybraných zdrojů.'
- 'Přítomnost vnořených planet by přirozeně vysvětlila jak prstence kontinua, tak odchylky rychlosti plynu od keplerianské rotace.'
- 'Pokud jsou planety skutečně zodpovědné za tyto předběžné změny rychlosti, měly by mít hmotnosti řádu hmotnosti Jupitera.'
- V několika případech autoři nemohli dospět k definitivním závěrům. '...nedetekce na jiných discích nebo v jiných mezerách na discích, kde jsme detekovali zalomení, nemusí nutně znamenat nepřítomnost planet o hmotnosti Jupitera.'
Takže tady to máme. Tento důkladný a zajímavý článek podporuje myšlenku, že mezery v cirkumstelárních troskách jsou skutečně způsobeny dětskými planetami.
Jak roste naše pozorovací schopnost a jak se zprovozňují teleskopy jako James Webb a další, důkazy budou pravděpodobně stále průkaznější.
Ale ve vědě nevíte, dokud nevíte.
Více:
- Tisková zpráva: Vybraný obrázek: Důkaz pro planety na discích?
- Výzkumný papír: Devět lokalizovaných odchylek od keplerianské rotace v DSHARP Circumstellar Disks: Kinematic Evidence for Protoplanets Carving the Gaps
- Vesmír dnes: Podívejte se na tuto fascinující řadu planetotvorných disků kolem jiných hvězd