Astronomové poprvé objevili měsíce, které se tvořily na disku trosek kolem velké exoplanety. Astronomové dlouho podezřívali, že takto získávají své větší planety - jako Jupiter v naší vlastní sluneční soustavě - své měsíce. Všechno se to děje kolem velmi mladé hvězdy jménem PDS 70, vzdálené asi 370 světelných let v souhvězdí Centaurus.
"Poprvé můžeme přesvědčivě vidět výmluvné znaky oběhového disku ..."
Andrea Isella, hlavní autorka, Rice University
Přijatá teorie, jak se planety tvoří, se nazývá hypoteční hypotéza. Všechno to začíná vytvořením hvězdy v obrovském oblaku plynu zvaném obrovský molekulární mrak (GMC). Jak se hvězda vytváří, je mrak formován do rotujícího zploštělého disku plynu a prachu, který se nazývá protoplanetární disk nebo kruhový disk. Na tomto disku se hmota začíná shlukovat do shluků a tyto shluky se mění na planety.
Pokud hmotnost planety tvořící se na disku roste více než přibližně 10 hmot Země, stane se něco jiného. Díky své hmotnosti tato planeta otevírá mezeru v protoplanetárním disku. Jak materiál prochází touto mezerou, může se dostat dostatečně blízko k planetě, že gravitace planety dominuje gravitaci hostitelské hvězdy. Tento materiál je potom zachycen v cirkumplanetárním disku (CPD) rotujícím kolem planety, jako disk uvnitř disku.
Velká část materiálu v cirkumplanetárním disku je nahromaděna do formující planety. Ale ne všechno. Stejné síly, které vytvořily planety z kruhového disku, fungují. Mohou vytvořit měsíce z materiálu rotujícího na disku kolem planety.
Tým astronomů nyní spatřil tento oběhový disk a v něm se poprvé vytvořily měsíce.
Vedoucí autor studie, která tyto poznatky nastiňuje, je Andrea Isella, astronomka na Rice University v Houstonu v Texasu. Zjištění byla zveřejněna v dopisech Astrophysical Journal a je nazvána „Detekce submilimetrových emisí kontinua spojovaných s kandidáty na protoplanety“.
"Planety se tvoří z disků plynu a prachu kolem nově se formujících hvězd, a pokud je planeta dostatečně velká, může si vytvořit vlastní disk, když shromažďuje materiál na své oběžné dráze kolem hvězdy," řekla Isella. "Jupiter a jeho měsíce jsou například malou planetární soustavou v naší sluneční soustavě a věří se, že Jupiterovy měsíce vznikly z cirkulačního disku, když byl Jupiter velmi mladý."
Všechno se to děje kolem hvězdy PDS 70. Tato hvězda byla ve zprávě asi před rokem, kdy astronomové zachytili vůbec první obraz nově se formující planety v kruhovém disku. Tato planeta se nazývá PDS 70b. Tento objev byl v té době velkou zprávou, a to z dobrého důvodu.
PDS 70b není jediná planeta obíhající kolem hvězdy. Existuje další planeta, PDS 70c, také na oběžné dráze a oba jsou plynoví obři. Obě tyto planety byly detekovány velmi velkým dalekohledem Evropské jižní observatoře (ESO) (VLT) v optickém a infračerveném světle. Teplá záře narůstajícího vodíku do dvojice planet jim to rozdávala.
Tým kombinoval pozorování VLT s novými rádiovými pozorováními z Atacama Large Millimeter / Sub-Millimeter Array (ALMA). Výsledkem je přesvědčivý důkaz protoplanetárního disku kolem nejvzdálenější hvězdy, PDS 70c.
"Poprvé můžeme přesvědčivě vidět výmluvné znaky cirkulačního disku, který pomáhá podporovat mnoho současných teorií formace planety," řekla Andrea Isella, hlavní autorka.
"Porovnáním našich pozorování s infračervenými a optickými obrazy s vysokým rozlišením můžeme jasně vidět, že jinak záhadná koncentrace malých prachových částic je ve skutečnosti disk prachu zabývajícího se planetami, což je první takový rys, který byl přesvědčivě pozorován," uvedl. Podle vědců je to také poprvé, kdy byla planeta jasně vidět v těchto třech odlišných pásmech světla.
Jedna otázka odpověděla, druhá otázka položena
PDS 70b ac vykazují různé vlastnosti a tým za touto studií si není úplně jistý, co to všechno znamená.
"Co to je a co to znamená pro tento planetární systém, není dosud známo."
Andrea Isella, hlavní autorka, Rice University
PDS 70c, nejvzdálenější hvězda dvojice, je tak daleko od své hvězdy jako Neptun od Slunce. Je to na stejném místě jako zřejmý uzel prachu viděný v datech ALMA. Protože tato planeta tak zářivě svítí v infračervených a vodíkových pásmech světla, astronomové mohou přesvědčivě říci, že na oběžné dráze již existuje plně formovaná planeta. Světlé infračervené a vodíkové pásy ukazují, že blízký plyn se stále narůstá na povrch planety a dokončuje tak růst jeho dospívání.
Astronomové odhadují, že PDS 70c je přibližně 1 až 10krát větší než hmotnost Jupiteru. "Pokud je planeta na větším konci tohoto odhadu, je docela možné, že kolem ní mohou být měsíce velikosti planety," poznamenala Isella.
Ale PDS 70b má něco jiného. Ta planeta, která je přibližně ve stejné vzdálenosti od své hvězdy jako Uran od Slunce, má za sebou končící hromadu prachu jako ocas. A astronomové si nejsou jisti, jak se sem vejde.
"Co to je a co to znamená pro tento planetární systém, není dosud známo," řekla Isella. "Jedinou přesvědčivou věcí, kterou můžeme říci, je, že je dost daleko od planety, aby byla nezávislou funkcí."
Astronomové jsou si jisti, že proces, který vidí kolem PDS 70c, je stejný proces, který pracoval na vytvoření Jupiterových měsíců. Je však třeba poznamenat, že další plynový gigant naší Sluneční soustavy je odlišný od Jupiteru. Saturnovy měsíce byly pravděpodobně vytvořeny v důsledku cirkumplanetárního disku, ale jeho ledové prstence byly pravděpodobně vytvořeny kometami a dalšími skalnatými těly, které se do sebe srazily.
Tyto exoplanetární systémy jsou notoricky obtížně pozorovatelné v optickém a infračerveném světle. Energie z hvězdy v těch částech spektra utopí světlo z planet. Ale ne pro ALMA.
ALMA se zaměřuje na rádiové vlny a hvězdy vysílají jen slabě rádiové vlny. Tým říká, že mohou sledovat systém PDS 70 s ALMA a sledovat, jak se mění a vyvíjí.
"To znamená, že se budeme moci vrátit k tomuto systému v různých časových obdobích a snadněji zmapovat oběžné dráhy planet a koncentraci prachu v systému," uzavřela Isella. "To nám poskytne jedinečné vhledy do orbitálních vlastností solárních systémů v jejich nejranějších fázích vývoje."
Objev tohoto cirkulačního disku a pravděpodobné měsíce, které se v něm vytvářejí, jsou zajímavé samy o sobě, ale způsob, jakým tým disk našel, je také slibný pro budoucnost. Zatímco ostatní byli nalezeni, tato studie je nejpřesvědčivější.
"Existuje několik kandidátských planet, které byly detekovány na discích, ale toto je velmi nové pole a o všech se stále diskutuje," řekla Isella. „(PDS 70 ba PDS 70 c) patří mezi nejrobustnější, protože došlo k nezávislému pozorování s různými nástroji a technikami.“
V závěru článku autoři uvádějí: „Tvrdíme, že optická, NIR a (sub) milimetrová pozorování jsou vysoce komplementární, protože snímají různé aspekty procesů akrece planety a jsou ovlivněny různými systematickými chybami.“ Také si všimnou, že ALMA sama nemůže dělat práci. Kombinováním různých pozorování otevřeli tyto exoplanety a jejich disky až do podrobnější studie.
Ze studie: „Jak ALMA a stávající optické dalekohledy dosahují svých plných zobrazovacích schopností, nadcházející pozorování blízkých obvodových disků charakterizovaných dutinami a mezerami, jako jsou pozorované v PDS 70, může odhalit více novorozených planet interagujících s jejich nativním diskem. Taková pozorování jsou zásadní pro zkoumání procesů zodpovědných za vytváření planetárních systémů. “
Zdroje:
- Tisková zpráva: Cirkulariální disk „tvořící měsíc“ objevený ve vzdáleném hvězdném systému
- Tisková zpráva: Disk tvořící měsíc byl objeven kolem vzdálené planety
- Výzkumný článek: Detekce submilimetrových emisí kontinua spojeného s protoplanety kandidátů
