Znanstveno natančen model Beta Pictoris in njegovega diska. Avtor slike: NAOJ. Kliknite za povečavo
Diski plina in prahu, ki obdajajo novorojene zvezde, so znani kot protoplanetarni diski; za katere se domneva, da so regije, kjer bodo sčasoma nastali planeti. Ti diski izginejo, ko zvezde dozorijo, vendar je nekatere zvezde še vedno mogoče videti z oblakom materiala okoli njih, imenovanim diski naplavin. Eden najbolj znanih med njimi je disk, ki obdaja Beta Pictoris, ki se nahaja le 60 svetlobnih let od nas.
Planeti se oblikujejo v diskih plina in prahu, ki obdajajo novorojene zvezde. Takšni diski se imenujejo protoplanetarni diski. Prah v teh diskih postane skalnati planet, kot je Zemlja, in notranja jedra velikanskih plinastih planetov, kot je Saturn. Ta prah je tudi skladišče elementov, ki so osnova življenja.
Protoplanetarni diski izginejo, ko zvezde dozorijo, vendar imajo mnoge zvezde tako imenovane diske naplavin. Astronomi domnevajo, da ko se predmeti, kot so asteroidi in kometi, rodijo iz protoplanetarnega diska, lahko trki med njimi povzročijo sekundarni prašni disk.
Najbolj znan primer tovrstnih prašnih diskov je tisti, ki obdaja drugo najsvetlejšo zvezdo v ozvezdju Piktor, kar pomeni »slikarski štafelaj«. Ta zvezda, znana kot Beta Pictoris ali Beta Pic, je zelo blizu Soncu, le šestdeset svetlobnih let je oddaljena in je zato enostavna za podrobno preučevanje.
Beta Pic je dvakrat svetlejša od Sonca, vendar je svetloba z diska veliko šibkejša. Astronoma Smith in Terrile sta bila prva, ki sta leta 1984 zaznala to šibko svetlobo, tako da sta blokirala svetlobo iz same zvezde s tehniko, imenovano koronografija. Od takrat so številni astronomi opazovali disk Beta Pic z uporabo vedno boljših instrumentov ter zemeljskih in vesoljskih teleskopov, da bi podrobno razumeli rojstni kraj planetov in s tem življenje.
Skupina astronomov iz Japonskega nacionalnega astronomskega observatorija, univerze Nagoya in univerze Hokkaido je prvič združila več tehnologij za pridobitev infrardeče polarizacijske slike diska Beta Pic z boljšo ločljivostjo in večjim kontrastom kot kdaj koli prej: teleskop z veliko zaslonko ( teleskop Subaru z velikim 8,2-metrskim primarnim ogledalom), tehnologijo prilagodljive optike in koronografskim snemalnikom, ki lahko posname slike svetlobe z različnimi polarizacijami (Subarujev Coronagraphic Imager s prilagodljivo optiko, CIAO).
Teleskop z veliko zaslonko, zlasti s Subarujevo odlično kakovostjo slikanja, omogoča opazovanje šibke svetlobe pri visoki ločljivosti. Tehnologija prilagodljive optike zmanjša izkrivljajoče učinke zemeljske atmosfere na svetlobo, kar omogoča opazovanje z višjo ločljivostjo. Koronografija je tehnika za blokiranje svetlobe iz svetlega predmeta, kot je zvezda, da bi videli šibkejše predmete v bližini, kot so planeti in prah, ki obdaja zvezdo. Z opazovanjem polarizirane svetlobe lahko ločimo odbito svetlobo od svetlobe, ki prihaja neposredno iz svojega prvotnega vira. Polarizacija vsebuje tudi informacije o velikosti, obliki in poravnavi prahu, ki odbija svetlobo.
S to kombinacijo tehnologij je ekipi uspelo opazovati Beta Pic v infrardeči svetlobi dva mikrometra v valovni dolžini pri ločljivosti petine ločne sekunde. Ta ločljivost ustreza tem, da lahko vidimo posamezno riževo zrno z ene milje ali gorčično seme z kilometra oddaljenosti. Doseganje te ločljivosti predstavlja velik napredek v primerjavi s primerljivimi prejšnjimi polarimetričnimi opazovanji iz devetdesetih let prejšnjega stoletja, ki so imela le ločljivost približno eno in pol ločne sekunde.
Novi rezultati močno kažejo, da disk Beta Pic vsebuje planetezimale, asteroide ali kometom podobne predmete, ki trčijo, da ustvarijo prah, ki odbija svetlobo zvezd.
Polarizacija svetlobe, ki se odbija od diska, lahko razkrije fizične lastnosti diska, kot so sestava, velikost in porazdelitev. Slika vse svetlobe z valovno dolžino dveh mikrometrov prikazuje dolgo tanko strukturo diska, ki se vidi skoraj na robu. Polarizacija svetlobe kaže, da je deset odstotkov svetlobe dveh mikrometrov polariziranih. Vzorec polarizacije kaže, da je svetloba odsev svetlobe, ki izvira iz osrednje zvezde.
Analiza, kako se svetlost diska spreminja z oddaljenostjo od središča, kaže postopno zmanjševanje svetlosti z majhnim nihanjem. Rahlo nihanje svetlosti ustreza spremembam v gostoti diska. Najverjetnejša razlaga je, da gostejša območja ustrezajo mestu, kjer se trkajo planetezimali. Podobne strukture so bile vidne bližje zvezdi v prejšnjih opazovanjih pri daljših valovnih dolžinah z uporabo Subarujeve hlajene srednje infrardeče kamere in spektrografa (COMICS) in drugih instrumentov.
Podobna analiza, kako se količina polarizacije spreminja z oddaljenostjo od zvezde, kaže zmanjšanje polarizacije na razdalji sto astronomskih enot (astronomska enota je razdalja med Zemljo in Soncem). To ustreza lokaciji, kjer se tudi svetlost zmanjša, kar kaže, da je na tej razdalji od zvezde manj planetezimalov.
Ko je ekipa raziskala modele diska Beta Pic, ki lahko razložijo tako nova kot stara opažanja, so ugotovili, da je prah na disku Beta Pic več kot desetkrat večji od tipičnih zrn medzvezdnega prahu. Disk za prah Beta Pics je verjetno sestavljen iz mikrometer velikih ohlapnih kep prahu in ledu, kot so drobni zajčki v velikosti bakterij.
Ti rezultati skupaj zagotavljajo zelo močan dokaz, da je disk, ki obdaja Beta Pic, nastal z nastankom in trkom planetezimalov. Raven podrobnosti teh novih informacij utrjuje naše razumevanje okolja, v katerem nastajajo in se razvijajo planeti.
Motohide Tamura, ki vodi ekipo, pravi, da je »malo ljudi uspelo preučiti rojstni kraj planetov z opazovanjem polarizirane svetlobe z velikim teleskopom. Naši rezultati kažejo, da je to zelo koristen pristop. Načrtujemo, da bomo naše raziskave razširili na druge diske, da bi dobili celovito sliko o tem, kako se prah pretvarja v planete.
Ti rezultati so bili objavljeni v izdaji Astrophysical Journal 20. aprila 2006.
Člani ekipe: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Univerza Nagoya, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Univerza Hokaido)
To raziskavo je podprlo Ministrstvo za izobraževanje, kulturo, šport, znanost in tehnologijo Japonske v okviru nepovratnih sredstev za znanstvene raziskave na prednostnih področjih za »razvoj ekstrasončne planetarne znanosti«.
Originalni vir: Sporočilo za javnost NAOJ