Tukaj je 20 protoplanetarnih diskov z na novo nastalimi planeti, ki izrezujejo vrzeli v plinu in prahu

Lov na druge planete v naši galaksiji se je v zadnjih nekaj desetletjih zagrel, saj je bilo odkritih 3869 planetov v 2886 sistemih, še 2898 kandidatov pa čaka na potrditev. Čeprav je odkritje teh planetov znanstvenike veliko naučilo o vrstah planetov, ki obstajajo v naši galaksiji, še vedno veliko ne vemo o procesu nastajanja planetov.

Za odgovor na ta vprašanja, mednarodna ekipa nedavno uporabljeno the Atacama veliko milimetrsko/submilimetrsko polje (ALMA) za izvedbo prve obsežne raziskave z visoko ločljivostjo protoplanetarnih diskov okoli bližnjih zvezd. Ta program, znan kot Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP), je dal slike visoke ločljivosti 20 bližnjih sistemov, kjer sta prah in plin v procesu oblikovanja novih planetov.

Njihove rezultate so delili v seriji deset papirjev ki naj bi se pojavile v posebni številki revijeThe Astrophysical Journal Letters. Odgovorna ekipa je vključevala člane iz Harvard Smithsonian Center za astrofiziko (CfA), Skupni observatorij ALMA , ter več observatorijev, raziskovalnih inštitutov in univerz.

Umetnikova zasnova prikazuje novonastalo zvezdo, obdano z vrtinčastim protoplanetarnim diskom prahu in plina. Zasluge: Univerza v Kopenhagnu/Lars Buchhave

V vsakem primeru so raziskovalci DSHARP opazili prisotnost vrzeli v disku, ki so bile daleč od osrednje zvezde in se je zdelo, da razmejujejo notranji in zunanji del diska. Nastali obroči so bili tudi gosto zapakirani ali tvorili tanjše pasove, odvisno od njihove oddaljenosti od zvezde. Ti vzorci, so navedli, bi lahko bili posledica nevidnega planetarnega spremljevalca, ki je motil disk.

Druga možnost je, da so strukture diska podvržene globalni nestabilnosti, podobni tistim, ki jih vidimo v spiralnih galaksijah (kot je Rimska cesta). Po mnenju raziskovalcev je najbolj prepričljiva razlaga, da so veliki planeti (kot so plinski velikani) nastajali pretežno v zunanjih območjih diskov, kar bi kazalo, da nastajanje planetov poteka veliko hitreje, kot to dopuščajo trenutne teorije o nastanku planetov.

Ta možna razlaga bi tudi pomagala razložiti, kako lahko zemeljski planeti (tj. kamniti in podobni Zemlji), ki nastanejo bližje svojim zvezdam, preživijo zgodnje faze svojega nastanka. Sean Andrews, astronom Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziko (CfA) in eden od vodij* opazovalne kampanje ALMA, je v NRAO pojasnil pomen teh ugotovitev. izjava za javnost :

»Cilj te večmesečne opazovalne kampanje je bil iskanje strukturnih skupnih točk in razlik v protoplanetarnih diskih. Izjemno oster vid ALMA je razkril prej nevidne strukture in nepričakovano zapletene vzorce. Vidimo izrazite podrobnosti okoli širokega nabora mladih zvezdnikov različnih mas. Najbolj prepričljiva razlaga teh zelo raznolikih, majhnih značilnosti je, da obstajajo nevidni planeti, ki delujejo z materialom diska.

Označena različica štirih od dvajsetih diskov, ki zajemajo ALMA-ino raziskavo z najvišjo ločljivostjo bližnjih protoplanetarnih diskov. Zasluge: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Po vodilnih modelih nastanka planetov se planeti rodijo s postopnim kopičenjem prahu in plina znotraj protoplanetarnega diska. To se začne tako, da se zrnca prahu združijo v vse večje in večje kamnine, dokler se ne pojavijo asteroidi, planetezimali in planeti. Ta proces naj bi trajal milijone let, kar pomeni, da bi na protoplanetarne diske v starejših sistemih vplival boljšo vidljivost.

Vendar pa so zgodnja opazovanja, ki jih je izvedla ALMA, pokazala, da ima veliko mladih protoplanetnih diskov dobro opredeljene strukture, kot so obroči in vrzeli. Te značilnosti so običajno povezane s prisotnostjo planetov in so bile najdene celo v nekaj sistemih, ki so bili stari le milijon let. Kot Jane Huang, podiplomska študentka na CfA in članica raziskovalne skupine, pojasnil :

»Presenetljivo je bilo videti možne znake nastanka planetov na prvih slikah mladih diskov visoke ločljivosti. Pomembno je bilo ugotoviti, ali so to anomalije ali so bili ti podpisi pogosti na diskih.'

Ker je bil zgodnji nabor vzorcev tako majhen,  je bila kampanja DSHARP nameščena za opazovanje drugih protoplanetnih diskov za primerjavo. Ker je znano, da prašni delci svetijo v milimetrski valovni dolžini, je ekipa kampanje lahko uporabila niz ALMA za natančno preslikavo porazdelitve gostote prašnih pasov okoli mladih zvezdnih sistemov in (odvisno od oddaljenosti zvezde) za preslikavo značilnosti, kot so majhna kot nekaj astronomskih enot.

Slika diska, ki tvori planet HL Tau, posneta z Atacama Large Millimeter Array. Zasluge: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Na koncu je raziskovalna skupina ugotovila, da so bile številne podstrukture (tj. koncentrične vrzeli in ozki obroči) skupne skoraj vsem diskom, medtem ko so bili obsežni spiralni vzorci in lokom podobne značilnosti bolj redki. Ugotovili so tudi, da so diski in vrzeli prisotni na različnih razdaljah od njihovih zvezd gostiteljev - od nekaj AU do več kot sto.

Kot smo že omenili, bi ta opažanja lahko pomagala razrešiti trajno skrivnost, ko gre za teorije o nastanku planetov. Natančneje, astronomi so se spraševali, kako bi lahko nastali planeti, ko bi dinamika gladkega protoplanetarnega diska povzročila, da bi katero koli telo s premerom več kot centimeter padlo v svojo zvezdo gostiteljico. V teh okoliščinah skalnati objekti, večji od asteroida, ne bi smeli obstajati.

V bistvu bi gosti obroči prahu, ki jih je opazila ekipa, ustvarili motnje v disku, kar bi lahko ustvarilo območja, kjer bi bili planetezimali varni in imeli čas, ki so ga potrebovali, da prerastejo v planete. Kot je navedla Laura Perez, raziskovalka z Univerze v Čilu in članica raziskovalne skupine:

»Ko je ALMA resnično razkrila svoje zmogljivosti s svojo ikonično podobo HL Tau, smo se morali vprašati, ali je to presežek, saj je bil disk razmeroma masiven in mlad. Ta najnovejša opažanja kažejo, da HL Tau, čeprav presenetljiv, še zdaleč ni nenavaden in lahko dejansko predstavlja normalno evolucijo planetov okoli mladih zvezd.

Ta raziskava prikazuje moč, ki jo imajo najsodobnejši instrumenti in znanstvena sodelovanja danes. Zahvaljujoč sposobnosti videti več in videti dlje, lahko znanstveniki testirajo astronomske teorije kot še nikoli doslej. In v tem procesu se naše najbolj temeljne predstave o tem, kako je nastalo vesolje, potrjujejo in izpodbijajo.

Ne pozabite uživati ​​v tej animaciji, kako izgleda protoplanetarni disk, z dovoljenjem programa NRAO Outreach:

*Drugi vodje opazovalne kampanje ALMA so Andrea Isella z univerze Rice, Laura Pérez z univerze v Čilu in Cornelis Dullemond z univerze Heidelberg.

Nadaljnje branje: NRAO