Sciencemag.cz
Doporučujeme
Astronomové využívající nový teleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) zachytili oblast kolem mladé hvězdy, kde se prachové částice mohou shlukovat a zvětšovat. Je to poprvé, kdy se podařilo takovou prachovou past pozorovat a také modelovat. Vyřešila se tak letitá záhada, jakým způsobem v disku dochází k růstu prachových částic až do té míry, že se následně mohou zformovat do podoby komet, planet a dalších velkých kamenných objektů. Výsledky byly publikovány 7. června 2013 v odborném časopise Science.
Astronomové dnes vědí, že planety se u cizích hvězd vyskytují opravdu hojně. Nevědí však přesně, jak vznikají, neboť formování komet, planetek a dalších kamenných těles zahrnuje mnoho neznámých nebo málo prozkoumaných procesů. Nová pozorování pomocí výkonného teleskopu ALMA však nyní pomohla zodpovědět jednu z nejvýznamnějších otázek: jak narůstají malá prachová zrnka v disku do větších rozměrů, aby mohla vytvořit hrudky, kaménky a větší tělesa o metrových rozměrech?
Počítačové modely naznačují, že k růstu prachových zrn dochází slepováním při vzájemných kolizích. Jenomže když dojde k další srážce větších zrn vysokou rychlostí, často se opět rozbijí. A i kdyby k rozbíjení nedocházelo, modely ukazují, že větší zrnka by v důsledku tření o plyn rychle klesala směrem do středu soustavy a nakonec by dopadla na mateřskou hvězdu. Nemají tak šanci se zvětšit.
Prachové částice zkrátka potřebují jakýsi ‚klidný přístav‘, kde by mohly pokračovat v růstu až do okamžiku, kdy se z nich stanou tělesa schopná samostatného přežití [1]. Existence takových ‚prachových pastí‘ byla navržena již dříve, ale až dosud neexistovaly pozorovací důkazy, které by tuto teorii podpořily.
Hlavní autorka této práce Nienke van der Marel (studentka postgraduálního studia PhD, Leiden Observatory, Nizozemí) a její kolegové použili teleskop ALMA ke studiu disku ve hvězdném systému označeném Oph-IRS 48 [2]. Podařilo se jim objevit, že disk obíhající kolem hvězdy je tvořen plynem a uprostřed má mezeru, která je patrně způsobena přítomností nepozorované planety nebo druhé hvězdy. Dřívější pozorování stejného systému pomocí dalekohledu VLT odhalila, že drobné prachové částice vytvářejí kolem hvězdy podobnou diskovou strukturu. Ale nový pohled na rozložení milimetrových prachových zrnek pomocí teleskopu ALMA ukázal něco zcela jiného!
„Rozložení prachu na snímku, který jsme získali, bylo pro nás na první pohled naprosto překvapivé,“ říká Nienke van der Marel. „Místo disku, který jsme očekávali, jsme spatřili tvar připomínající kešu oříšek! Museli jsme sami sebe přesvědčit, že tato struktura je reálná. Ale síla signálu a rozlišení teleskopu ALMA nás nenechaly na pochybách. A pak nám došlo, co jsme objevili.“
Podařilo se jim nalézt oblast, ve které byla zachycena větší prachová zrna, a kde tedy mohou vyrůst do mnohem větší velikosti díky pomalým srážkám a slepování. Je to přesně taková prachová past, jakou teoretikové dlouho hledali.
Nienke van der Marel dále vysvětluje: „Nejspíš se nám podařilo nalézt něco jako továrnu na komety. Jsou zde příhodné podmínky pro růst prachových zrn z milimetrových rozměrů až na kilometrové objekty. Není ale pravděpodobné, že by v této části systému mohly z prachu vzniknout velké planety. V blízké budoucnosti však bude teleskop ALMA schopen pozorovat prachové pasti blíže k mateřským hvězdám, kde funguje stejný mechanismus. A takové oblasti by skutečně mohly být kolébkami nově vznikajících planet.“
Prachová past vznikne při pohybu větších částic směrem do oblastí s vyšším tlakem. Počítačové modely ukazují, že oblasti s vyšším tlakem mají svůj původ v pohybech plynu na hranici centrální mezery disku – přesně jako v tomto případě.
„Spojení modelů a vysoce kvalitních pozorování pomocí ALMA je v případě našeho projektu unikátní,“ říká člen týmu Cornelis Dullemond (Institute for Theoretical Astrophysics, Heidelberg, Německo), specialista na vývoj prachových disků a jejich modelování. „Zhruba v době, kdy byla tato pozorování provedena, jsme pracovali na modelech, které přesně předpověděly právě tento typ útvaru. Byla to šťastná náhoda.“
Pozorování byla provedena polem antén teleskopu ALMA ještě v průběhu konstrukční fáze. K pozorování bylo použito přijímačů pro 9. pásmo ALMA (ALMA Band 9) – ty byly vyrobeny v Evropě a umožňují teleskopu ALMA vytvářet mnohem ostřejší snímky.
„Je to ukázka toho, že ALMA byla schopná dodávat převratné vědecké výsledky i v době, kdy jí tvořila necelá polovina z celkového počtu dnes používaných antén,“ říká Ewine van Dishoeck (Leiden Observatory), dlouholetý významný pracovník projektu ALMA. „Mimořádný skok v citlivosti i rozlišení právě v 9. pásmu nám dává možnost zkoumat základní aspekty vzniku planet způsobem, jaký dosud nebyl možný.“
Poznámky
[1] Příčina prachové pasti, v tomto případě vír v plynovém disku, má typickou životnost stovky až tisíce let. I když prachová past zanikne, nahromaděnému prachu trvá miliony let, než se opět rozptýlí, což poskytuje dodatečný čas k dalšímu růstu zrn.
Další informace
Výzkum byl prezentován v článku “A major asymmetric dust trap in a transition disk“ autorů van der Marel a kol., který vyšel 7. června 2013 v odborném časopise Science.
