Vypadá to, že možná budeme muset aktualizovat naše teorie o tom, jak hvězdy a planety vznikají v nových slunečních soustavách. Tým astronomů objevil mladé planety vznikající ve sluneční soustavě, která je stará jen asi 500 000 let. Před tímto objevem se astronomové domnívali, že hvězdy jsou v dospělosti fúze před planetami, které vznikly ze zbytků materiálu v cirkumstelárním disku.
Nyní to podle nové studie vypadá, že planety a hvězdy mohou vznikat a vyrůstat společně.
Astronomové prozkoumali spoustu mladých slunečních soustav. Mladá hvězda je obvykle obklopena diskem prachu a astronomové mohou vidět prstence, které mladé planety při jejich formování uvolňují z prachu. V těchto případech mladá hvězda již nasbírala svou hmotu. Ale ne v tomto případě.
'Tradičně se mělo za to, že hvězda dělá většinu svého vzniku předtím, než se zformují planety, ale naše pozorování ukázala, že vznikají současně.'
Ian Stephens, spoluautor, CfA
Název nového výzkumu je „ Čtyři prstencové struktury v protohvězdném disku starém méně než 500 000 let .“ Hlavním autorem je Dominique Segura-Cox, vědec z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) v Německu. Článek je publikován v časopise Nature.
Studie je zaměřena na mladou protostar jménem IRS 63 . Je od nás vzdálená asi 470 světelných let ve směru souhvězdí Ophiuchus. IRS 63 je hluboce zakořeněn v hustém LI709 mezihvězdný oblak .
Hustá oblast L1709 molekulárního mračna Ophiuchus zmapovaná Herschelovým vesmírným dalekohledem, která obklopuje a dodává materiál mnohem menší protohvězdě IRS 63 a disku tvořícím planety (místo označené černým x).
Kredit: MPE/D. Segura-Cox Data kredit: ESA/Herschel/SPIRE/PACS/D. Arzoumanský
IRS 63 je jiný než ostatní mladé hvězdy. Ukazuje výmluvné prachové prstence, které signalizují přítomnost mladých planet, ale je to jen polovina věku jiných mladých hvězd, které vykazují stejné prstence. Ve stáří mladší než 500 000 let ještě ani neskončila shromažďování vlastní hmoty a stále se tvoří.
'Pozorovali jsme mladý protoplanetární disk nazvaný IRS 63 a našli jsme v disku mezery a prstence, což svědčí o vzniku planet,' řekl spoluautor studie Ian Stephens, astronom z Centra pro výzkum.
Astrofyzika | Harvard & Smithsonian (CfA). 'Tradičně se mělo za to, že hvězda dělá většinu svého vzniku předtím, než se zformují planety, ale naše pozorování ukázala, že vznikají současně.'
Ve stejné tiskové zprávě hlavní autor Segura-Cox dodal: „Kruhy na disku kolem IRS 63 jsou tak mladé. Dříve jsme měli představu, že hvězdy vstoupily do dospělosti jako první a byly matkami planet, které přišly později, ale nyní vidíme, že protohvězdy a planety rostou a vyvíjejí se společně od raných dob jako sourozenci.“
Ve studii autoři píší: „Prstencové substruktury, které pozorujeme směrem k disku mladé protohvězdy IRS 63, naznačují, že podmínky pro vznik planetesimy pravděpodobně začínají v extrémně raných dobách, což je předpokladem pro vznik první generace planet.“
Tým výzkumníků dokázal odhadnout hmotnosti planet, které se tvoří kolem mladé hvězdy. Autoři píší, že „... planetární hmotu potřebnou k otevření každé mezery lze odhadnout z našich pozorování prachu.“ Dodali: „Za předpokladu, že každá mezera je otevřena jednou planetou, pro mezeru G1 je požadovaná hmotnost planety 0,47MJupiter(kdeMJupiterje hmotnost Jupitera) a mezera G2 vyžaduje hmotnost planety 0,31MJupiter.'
Tým varuje, že se jedná o horní limity hmotnosti, a také zmiňují, že tyto hmotnosti jsou překvapivé a větší, než se očekávalo. „Odhadované hmotnosti planet v mladém disku IRS 63 jsou již srovnatelné s hmotnostmi Jupiteru a jsou překvapivě velké na těchto poloměrech, vezmeme-li v úvahu, že v raných fázích formování planety čelí vážným překážkám růstu na tak velké hmotnosti v krátkém časovém měřítku, jako je stejně jako zamezení nekontrolovanému narůstání v pozdějších fázích jejich formování.“
Prstence a mezery v prachovém disku IRS 63 jsou zobrazeny vedle náčrtu drah sluneční soustavy nakreslených ve stejném měřítku velikosti a orientaci jako disk IRS 63. Umístění prstenců je podobné umístění objektů v naší vlastní sluneční soustavě, s vnitřním prstencem o velikosti oběžné dráhy Neptunu a vnějším prstencem o něco větším než oběžná dráha Pluta.
Kredit: MPE/D. Datový kredit Segura-Cox: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Poznatky ze systému IRS 63 pomáhají transformovat naše chápání mladých slunečních soustav. Ale mohou nám také říct něco o naší vlastní Sluneční soustavě a o tom, jak vznikla.
Plynní obři jako Jupiter potřebují ke svému vzniku asi 10 hmotností zemského pevného materiálu. Tento materiál se stává jádrem a kolem něj se nahromadí obrovské množství plynu. Tým studující IRS 63 změřil množství materiálu v mladém disku a našel přibližně 150 hmot zemského materiálu, prachu i plynu. Když tým spojil toto měření s měřeními cirkumstelárního disku a prstenců a mezer v něm, něco se naučil.
'Tyto prstence a mezery naznačují, že vidíme nejranější důkazy o formování planet a že planety se určitě začnou tvořit během prvního půl milionu let a pravděpodobně během prvních 150 000 let,' řekl Stephens. 'Planety, zvláště planety jako Jupiter, začaly svou vlastní formaci v jedné z nejranějších fází procesu formování hvězd.'
Astronomové se domnívají, že Jupiter se původně zformoval za Neptunem a poté migroval dovnitř, aby nakonec zaujal svou současnou pozici. Nějaký výzkum ukazuje, že migrace trvala 700 000 let. Zdá se, že tato nová pozorování materiálu na disku IRS 63 to potvrzují. Tým se domnívá, že množství materiálu na disku a nízký věk systému jsou velmi podobné podmínkám v podobném věku v naší vlastní Sluneční soustavě.
'Velikost disku je velmi podobná naší vlastní sluneční soustavě,' řekl Segura-Cox. 'Dokonce i hmotnost protohvězdy je jen o málo menší než hmotnost našeho Slunce.' Studium takových mladých planetotvorných disků kolem protohvězd nám může poskytnout důležité poznatky o našem vlastním původu.“
Tento výsledek je překvapivý, i když by svým způsobem neměl být. Do těchto mladých hvězdných systémů je notoricky obtížné nahlédnout. Veškerý plyn a prach ztěžuje jejich pozorování, což znamená, že se v těchto systémech musí dít věci, které astronomové ještě neviděli. V posledních letech však došlo k velkému pokroku. Díkybohu, DUŠE je schopen tyto systémy sondovat pozorováním emisí z prachových zrn.
Snímek ALMA protoplanetárního disku z roku 2019. Tento snímek blízké mladé hvězdy TW Hydrae odhaluje klasické prstence a mezery, které znamenají, že se v tomto systému formují planety. Kredit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
V roce 2019 astronomové použili ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) k nahlédnutí do mladé sluneční soustavy tvořící se kolem TW Hydrae , mladá hvězda T-Tauri vzdálená asi 196 světelných let. Byli schopni vidět prstence a mezery v disku materiálu kolem hvězdy, které jsou jasnými známkami vzniku planety.
Ve skutečnosti je sledování, jak mladé planety vyřezávají mezery ve hvězdném disku, téměř běžné. Astronomové používající ALMA jich nyní zaznamenali mnoho.
Snímky blízkých protoplanetárních disků ALMA ve vysokém rozlišení, které jsou výsledkem projektu Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP). Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews a kol.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Je pozoruhodné, že Very Large Telescope ESO dokázal v roce 2018 zaznamenat dokonce dvě dětské planety v jednom systému. Snímky neukazují mnoho detailů a mnoho nám toho neřeknou, ale stále jde o milník.
Tento velkolepý snímek z přístroje SPHERE na dalekohledu ESO's Very Large Telescope je prvním jasným snímkem planety zachycené při samotném formování kolem trpasličí hvězdy PDS 70. Uznání: ESO/A. Müller a kol.
Stejně jako mnoho jiných oblastí astronomie bude důležitým přínosem připravovaný vesmírný teleskop Jamese Webba. Díky svému koronografu a schopnosti vidět ve střední infračervené oblasti to bude možné podívejte se do těchto mladých slunečních soustav abyste viděli, co se děje. Citlivost Webba bude mnohem lepší než u jiných dalekohledů. Astronomové využijí jeho sílu a citlivost k nahlédnutí do mladých systémů, jako je IRS 63. Kdo ví, co najdou.
'Náš program se zaměřuje na mladé, nově vzniklé planety a systémy, které obývají,' vysvětlila spoluřešitelka Beth Biller z University of Edinburgh v příspěvku. tisková zpráva . „Webb nám to umožní udělat mnohem podrobněji a na vlnových délkách, které jsme nikdy předtím nezkoumali. Takže to bude životně důležité pro pochopení toho, jak se tyto objekty formují a jaké jsou tyto systémy.'
Snímek Gemini Planet Imager (GPI) HR 4796A, větší hvězdy v binárním systému HR 4796. Ukazuje cirkumstelární disk kolem HR 4796A, prstenec prachu a planetesimál, který je v některých ohledech podobný zvětšené verzi Kuiperova pásu sluneční soustavy. Obrazový kredit: Marshall Perrin (Space Telescope Science Institute), Gaspard Duchene (UC Berkeley), Max Millar-Blanchaer (University of Toronto) a tým GPI.
Program James Webb’s Early Release Science si již vybral cíl. HR 4796 je mladá dvojhvězdná soustava s planetesimálami, kterou astronomové sledují již 20 let. Astronomové se domnívají, že tento systém se svými planetesimálami a prstencem trosek je představitelem mnoha mladých slunečních soustav.
V závislosti na tom, co JWST najde, možná budeme muset znovu aktualizovat naše teorie. Doufejme.