V posledních několika desetiletích se hon na další planety v naší galaxii zahřál, v 3888 systémech bylo detekováno 3869 planet a dalších 2 898 kandidátů čeká na potvrzení. Ačkoli objev těchto planet naučil vědce hodně o druzích planet, které existují v naší galaxii, stále existuje mnoho informací o procesu planetární tvorby.
K zodpovězení těchto otázek mezinárodní tým nedávno použil Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) k provedení prvního rozsáhlého průzkumu protoplanetárních disků ve velkém měřítku kolem blízkých hvězd. Tento program, známý jako projekt Diskové struktury při vysokém úhlovém rozlišení (DSHARP), přinesl obrazy s vysokým rozlišením 20 blízkých systémů, kde prach a plyn byly v procesu vytváření nových planet.
Jejich výsledky byly sdíleny v řadě deseti článků, které se mají objevit ve zvláštním vydání Astrofyzikální dopisy v časopisech. Odpovědným týmem byli členové Harvardského Smithsonova centra pro astrofyziku (CfA), společné observatoře ALMA a několik observatoří, výzkumných ústavů a univerzit.
V každém případě vědci DSHARP zaznamenali přítomnost mezer na disku, které byly daleko od centrální hvězdy a zdálo se, že vymezují vnitřní a vnější část disku. Výsledné prsteny byly také hustě zabaleny nebo vytvořeny tenčí pásky, v závislosti na jejich vzdálenosti od hvězdy. Tyto vzorce, jak naznačili, by mohly být výsledkem neviditelného planetárního společníka, který disk narušil.
Další možností je, že diskové struktury podléhají globální nestabilitě podobné těm, které jsou vidět ve spirálových galaxiích (jako je Mléčná dráha). Podle vědců je nejpřesvědčivějším vysvětlením to, že velké planety (jako jsou plynové obry) se formovaly převážně ve vnějším dosahu disků, což by naznačovalo, že k formování planety dochází mnohem rychleji, než to umožňují současné teorie o formování planety.
Toto možné vysvětlení by také pomohlo vysvětlit, jak pozemské planety (tj. Skalnaté a podobné velikosti jako Země), které se tvoří blíže ke svým hvězdám, jsou schopny přežít raná stádia jejich formování. Sean Andrews, astronom z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku (CfA) a jeden z vůdců * pozorovací kampaně ALMA, vysvětlil význam těchto zjištění v tiskové zprávě NRAO:
„Cílem této měsíční pozorovací kampaně bylo hledat strukturální společné rysy a rozdíly v protoplanetárních discích. Pozoruhodně ostrá vize ALMA odhalila dříve neviditelné struktury a nečekaně složité vzorce. Vidíme zřetelné detaily kolem širokého sortimentu mladých hvězd různých mas. Nejpřesvědčivější interpretací těchto velmi rozmanitých funkcí v malém měřítku je to, že s diskovým materiálem interagují neviditelné planety. “
Podle předních modelů formování planety se planety rodí postupnou akumulací prachu a plynu uvnitř protoplanetárního disku. Začíná to zrny prachu, které se shlukují a vytvářejí větší a větší horniny, dokud se neobjeví asteroidy, planestesimály a planety. Předpokládá se, že tento proces bude trvat miliony let, což znamená, že by tím bylo ovlivněno protoplanetární disky ve starších systémech.
Časná pozorování prováděná ALMA však naznačila, že mnoho mladých protoplanetárních disků mělo dobře definované struktury, jako jsou prsteny a mezery. Tyto rysy jsou obvykle spojeny s přítomností planet a byly dokonce nalezeny v několika systémech, které byly staré jen jeden milion let. Jak Jane Huang, postgraduální studentka CfA a členka výzkumného týmu, vysvětlila:
"Překvapivé bylo vidět možné podpisy formování planety v prvních obrazech mladých disků s vysokým rozlišením." Bylo důležité zjistit, zda se jednalo o anomálie nebo zda byly tyto podpisy běžné na discích. “
Protože první soubor vzorků byl tak malý, kampaň DSHARP byla namontována, aby bylo možné porovnat další protoplanetární disky. Protože je známo, že částice prachu září v milimetrových vlnových délkách, byl tým kampaně schopen pomocí pole ALMA přesně zmapovat distribuci hustoty prachových pásů kolem mladých hvězdných systémů a (v závislosti na vzdálenosti hvězdy) mapovat prvky jako malý jako několik astronomických jednotek.
Nakonec výzkumný tým zjistil, že mnoho substruktur (tj. Soustředné mezery a úzké kruhy) byly společné pro téměř všechny disky, zatímco spirální vzory ve velkém měřítku a obloukovité rysy byly vzácnější. Zjistili také, že disky a mezery byly přítomny v široké vzdálenosti od jejich hostitelských hvězd - od několika AU po více než sto.
Jak bylo uvedeno, tato pozorování by mohla pomoci vyřešit přetrvávající tajemství, pokud jde o teorie formování planety. Astronomové se konkrétně zajímali, jak by se mohly tvořit planety, když by dynamika hladkého protoplanetárního disku způsobila, že by jakékoli tělo o průměru větším než centimetr spadlo do své hostitelské hvězdy. Za těchto okolností by skalní předměty větší než asteroid neměly existovat.
Husté prstence prachu, které tým pozoroval, by v podstatě vytvořily poruchy na disku, což by mohlo vytvořit zóny, kde by byly planetesimály v bezpečí a mít čas potřebný k tomu, aby vyrostly v planety. Jako Laura Perez, výzkumná pracovnice z University of Chile a člen výzkumného týmu, uvedla:
"Když ALMA skutečně odhalil své schopnosti s ikonickým obrazem HL Tau, museli jsme si položit otázku, zda to bylo odlehlé, protože disk byl poměrně masivní a mladý. Tato nejnovější pozorování ukazují, že i když je HL Tau pozoruhodný, není zdaleka neobvyklý a může ve skutečnosti představovat normální vývoj planet kolem mladých hvězd. “
Tento výzkum ukazuje sílu, kterou dnes mají špičkové nástroje a vědecká spolupráce. Díky schopnosti vidět více a vidět dál jsou vědci schopni testovat astronomické teorie jako nikdy předtím. A v tomto procesu se potvrzují a zpochybňují naše nejzákladnější představy o tom, jak vznikl vesmír.
Určitě si užijte tuto animaci vzhledu protoplanetárního disku se svolením programu NRAO Outreach:
* Dalšími vůdci pozorovací kampaně ALMA jsou Andrea Isella z Rice University, Laura Pérez z University of Chile a Cornelis Dullemond z Heidelberg University.
