Jedno z aktuálně nejžhavějších astrofyzikálních témat - hon na planety podobné Zemi kolem jiných hvězd - právě získalo důležitý impuls z nových spektrálních pozorování pomocí nástroje MIDI na interferometru ESO VLT (VLTI).
Mezinárodní tým astronomů [2] získal unikátní infračervená spektra prachu v nejvzdálenějších regionech proto-planetárních disků kolem tří mladých hvězd - nyní ve stavu, který je možná velmi podobný stavu naší sluneční soustavy při výrobě, přibližně 4 500 před miliony let.
Reportují v tomto týdnu vědeckém deníku Nature a díky nerovnoměrnému, ostrému a pronikavému pohledu na interferometrii ukazují, že ve všech třech jsou správné ingredience přítomny na správném místě, aby na těchto hvězdách mohly vznikat skalnaté planety.
„Písek“ ve vnitřních oblastech hvězdných disků
Slunce se narodilo před asi 4 500 miliony let z chladného a masivního oblaku mezihvězdného plynu a prachu, který se zhroutil pod vlastním gravitačním tahem. Kolem mladé hvězdy byl přítomen zaprášený disk, ve kterém se později vytvořila Země a další planety, jakož i komety a asteroidy.
Tato epocha je dávno pryč, ale stále můžeme být svědky stejného procesu pozorováním infračervené emise z velmi mladých hvězd a zaprášených protoplanetárních disků kolem nich. Dosud však dostupné nástroje neumožňovaly studovat distribuci různých složek prachu v takových discích; dokonce i ty nejbližší známé jsou příliš daleko na to, aby je mohly nejlepší dalekohledy vyřešit. Ale nyní, jak vysvětluje Francesco Paresce, projektový vědec pro VLT Interferometer a člen týmu z ESO, „S VLTI můžeme kombinovat světlo ze dvou dobře oddělených velkých dalekohledů, abychom dosáhli bezprecedentního úhlového rozlišení. To nám poprvé umožnilo nahlédnout přímo do nejvnitřnější oblasti disků kolem některých blízkých mladých hvězd přímo na místě, kde očekáváme, že se budou nebo budou brzy tvořit planety, jako je naše Země. “
Konkrétně nová interferometrická pozorování tří mladých hvězd mezinárodním týmem [2], využívající kombinovaný výkon dvou 8,2 m teleskopů VLT vzdálených sto metrů od sebe, dosáhla dostatečné ostrosti obrazu (asi 0,02 arcsec) k měření infračervené emise z vnitřní oblast disků kolem tří hvězd (což odpovídá přibližně velikosti oběžné dráhy Země kolem Slunce) a emise z vnější části těchto disků. Odpovídající infračervená spektra poskytla zásadní informace o chemickém složení prachu v discích a také o průměrné velikosti zrn.
Tato pozorování ukazují, že vnitřní část disků je velmi bohatá na krystalická křemičitá zrna („písek“) s průměrným průměrem asi 0,001 mm. Jsou tvořeny koagulací mnohem menších, amorfních prachových zrn, které byly všudypřítomné v mezihvězdném oblaku, který způsobil zrod hvězd a jejich disků.
Modelové výpočty ukazují, že krystalická zrna by měla být hojně přítomna ve vnitřní části disku v době vzniku Země. Ve skutečnosti jsou meteority v naší vlastní sluneční soustavě složeny hlavně z tohoto druhu křemičitanu.
Holandský astronom Rens Waters, člen týmu Astronomického institutu University of Amsterdam, je nadšený: „Se všemi ingrediencemi na místě a tvorbou větších zrn již od prachu, tvorbou větších a větších kusů kamene a , konečně, planety podobné Zemi z těchto disků jsou téměř nevyhnutelné! “
Transformace zrn
Už nějakou dobu je známo, že většinu prachu v discích kolem novorozených hvězd tvoří silikáty. V nativním oblaku je tento prach amorfní, tj. Atomy a molekuly, které tvoří prachové zrno, jsou chaoticky spojeny a zrna jsou chmýří a velmi malá, obvykle o velikosti asi 0,0001 mm. Avšak v blízkosti mladé hvězdy, kde jsou teplota a hustota nejvyšší, mají prachové částice v obvodovém disku tendenci se slepit, takže zrna se zvětšují. Kromě toho je prach zahříván hvězdným zářením, což způsobuje, že se molekuly v zrnech znovu uspořádají do geometrických (krystalických) vzorů.
V souladu s tím se prach v diskových oblastech, které jsou nejblíže hvězdě, brzy změní z „nedotčených“ (malých a amorfních) na „zpracovaná“ (větší a krystalická) zrna.
Spektrální pozorování křemičitanových zrn v oblasti infračervených vlnových délek (přibližně 10 um) řekne, zda jsou „nedotčená“ nebo „zpracovaná“. Předchozí pozorování disků kolem mladých hvězd ukázaly přítomnost směsi nedotčeného a zpracovaného materiálu, ale zatím nebylo možné zjistit, kde se různá zrna na disku nacházejí.
Díky stonásobnému zvýšení úhlového rozlišení pomocí VLTI a vysoce citlivého nástroje MIDI nyní podrobná infračervená spektra různých oblastí protoplanetárních disků kolem tří nově narozených hvězd, jen pár milionů let stará, ukazují, že prach se blíží hvězda je mnohem více zpracována než prach ve vnějších diskových oblastech. U dvou hvězd (HD 144432 a HD 163296) je prach na vnitřním disku poměrně zpracován, zatímco prach na vnějším disku je téměř nedotčený. U třetí hvězdy (HD 142527) je prach zpracováván na celém disku. Ve střední oblasti tohoto disku je extrémně zpracovaný, v souladu s úplně krystalickým prachem.
Důležitým závěrem z pozorování VLTI je proto, že stavební bloky pro planety podobné Zemi jsou od samého začátku přítomny v kruhových discích. To je velmi důležité, protože to naznačuje, že planety pozemského (skalního) typu, jako je Země, jsou s největší pravděpodobností docela běžné v planetárních systémech, také mimo sluneční soustavu.
Nedotčené komety
Tato pozorování mají také důsledky pro studium komet. Některé - možná všechny - komety ve sluneční soustavě obsahují jak nedotčený (amorfní), tak zpracovaný (krystalický) prach. Komety byly rozhodně vytvořeny ve velkých vzdálenostech od Slunce, ve vnějších oblastech sluneční soustavy, kde bylo vždy velmi chladno. Není tedy jasné, jak mohou zpracovaná prachová zrna skončit v kometách.
V jedné teorii je zpracovaný prach transportován ven z mladého Slunce turbulencí na poměrně hustém obvodovém disku. Jiné teorie tvrdí, že zpracovaný prach v kometách byl produkován lokálně v chladných oblastech po mnohem delší dobu, snad rázovými vlnami nebo blesky v disku nebo častými srážkami mezi většími fragmenty.
Současný tým astronomů nyní dochází k závěru, že první teorie je nejpravděpodobnějším vysvětlením přítomnosti zpracovaného prachu v kometách. To také znamená, že dlouhodobé komety, které nás někdy navštěvují z vnějšího dosahu naší sluneční soustavy, jsou skutečně nedotčená těla, která sahají do doby, kdy Země a další planety ještě nebyly vytvořeny.
Studie takových komet, zejména pokud jsou prováděny na místě, proto zajistí přímý přístup k původnímu materiálu, ze kterého byla vytvořena sluneční soustava.
Více informací
Výsledky uvedené v tomto dokumentu ESO PR jsou podrobněji uvedeny ve výzkumném dokumentu „Stavební bloky planet v„ pozemské “oblasti protoplanetárních disků“, Roy van Boekel a spoluautoři (Nature, 25. listopadu 2004). Tato pozorování byla učiněna v průběhu předčasného vědeckého demonstračního programu ESO.
Poznámky
[1]: Tato tisková zpráva ESO je vydávána ve spolupráci s Astronomickým institutem Amsterdamské univerzity v Nizozemsku (NOVA PR) a Max-Planck-Institutem Astronomie (Heidelberg, Německo (MPG PR)).
[2]: Tým tvoří Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik a Alex de Koter (Astronomický institut, Amsterdamská univerzita, Nizozemsko), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K Hler a Frank Przygodda (Max-Planck-Institut pro astronomii, Heidelberg, Německo), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schller a Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe a Jeroen de Jong (Leidenova observatoř) , Nizozemsko), Anne Dutrey a Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Francie), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Francie), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Francie) a Thomas Preibisch (Max) -Planck-Institut pro Radioastronomie, Bonn, Německo).
[3]: Nástroj MIDI je výsledkem spolupráce mezi německými, nizozemskými a francouzskými instituty. Další informace viz ESO PR 17/03 a ESO PR 25/02.
Původní zdroj: ESO News Release
