Sciencemag.cz
Doporučujeme
V protoplanetárním disku u hvězdy TW Hydrae se vědcům podařilo pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) detekovat metanol (metylalkohol). Jedná se o první pozorování této molekuly v mladém disku, ve kterém probíhá proces formování planet. Metanol je zároveň zatím jedinou složitější molekulou nalezenou v těchto discích v plynném stavu, o které však vědci vědí, že se uvolňuje jedině z pevné fáze (metanolového ledu). Objev astronomům pomůže pochopit chemické procesy probíhající během formování planetárních systémů, které následně vedou až ke vzniku základních stavebních kamenů života.
Protoplanetární disk u mladé hvězdy TW Hydrae, vzdálené pouhých 170 světelných let, patří k Zemi nejbližším známým objektům svého druhu. Díky tomu je pro vědce ideálním cílem pozorování. Astronomové se domnívají, že celý systém kolem hvězdy TW Hydrae blízce připomíná Sluneční soustavu během jejího formování zhruba před čtyřmi miliardami let.
Radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) je nejvýkonnější současné zařízení, které dokáže mapovat chemické složení a rozložení chladného plynu v nedalekých pracho-plynných discích. Unikátní schopnosti tohoto přístroje využil tým astronomů pod vedením Catherine Walsh (Leiden Observatory, Nizozemí) ke zkoumání chemických procesů v protoplanetárním disku u hvězdy TW Hydrae.
Pozorování získaná pomocí ALMA poprvé odhalila přítomnost plynného metanolu v protoplanetárním disku. Metanol, derivát metanu, je jednou z největších organických molekul, které byly detekovány v nitru cirkumstelárních disků. Objev jeho přítomnosti již v předplanetárním období vývoje je milníkem v chápání procesů, jakými se organické molekuly stávají součástí rodících se planet.
Metanol sám o sobě je navíc základním stavebním kamenem mnoha dalších ještě složitějších organických molekul (například aminokyselin), které mají základní význam v prebiotickém vývoji. Díky tomu hraje zásadní úlohu při vzniku bohaté organické chemie potřebné pro vznik života.
Catherine Walsh, hlavní autorka práce, vysvětluje: „Objev metanolu v protoplanetárním disku dokumentuje unikátní možnosti teleskopu ALMA při zkoumání rezervoáru ledů organických sloučenin v těchto discích. Poprvé v historii nám tak umožnil ohlédnout se zpět v čase a zkoumat původ chemické různorodosti v místě, kde se kolem mladé Slunci podobné hvězdy formují nové planety.“
Plynný metanol v protoplanetárním disku je z pohledu astrochemie mimořádně důležitý. Zatímco ostatní molekuly detekované ve vesmíru vznikají buď pouze prostřednictvím chemických procesů v plynné fázi, nebo kombinací plynné a pevné fáze, metanol je složitá organická sloučenina, která vzniká výhradně ve formě ledu prostřednictvím reakcí na povrchu prachových zrn.
Velké rozlišení radioteleskopu ALMA vědcům navíc poskytuje možnost mapovat rozložení plynného metanolu v disku kolem hvězdy TW Hydrae. Kromě významného signálu přicházejícího z blízkosti hvězdy [1] se tímto způsobem podařilo v disku objevit prstencovitou strukturu se zvýšeným obsahem metanolu.
Pozorování metanolu v plynném stavu spolu s informací o jeho rozložení naznačují, že metanol se skutečně vytvořil ve formě ledu na prachových zrnech a následně začal sublimovat do plynné podoby. Tato první pozorování pomohou objasnit, jakým způsobem probíhá v těchto podmínkách fázový přechod mezi ledovou a plynnou fází metanolu [2], a obecně přispěje k chápání chemických procesů v astrofyzikálním prostředí [3].
Ryan A. Loomis, spoluautor práce, dodává: „Metanol v plynné podobě v nitru disku je nezaměnitelným indikátorem bohatých chemických procesů organických sloučenin ve velmi rané fázi vývoje hvězdy a planet. Tento výsledek bude mít dopad na naše chápání procesů akumulace organických sloučenin v mladých planetárních systémech.“
První úspěšná detekce chladného metanolu v plynné fázi v protoplanetárním disku ukazuje, že nyní můžeme zkoumat rovněž chemické procesy vedoucí ke vzniku ledu v těchto discích. Jde o první krůčky na cestě k budoucím studiím komplexní organické chemie v místech formování planet. Astronomové tak získávají zcela nový účinný nástroj pro další pátrání po planetách schopných hostit na svém povrchu život.
Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí
Poznámky
[1] Prstenec metanolu ve vzdálenosti 30 – 100 au (astronomická jednotka, astronomical unit) od hvězdy dobře reprodukuje interferenční obrazce pozorované v datech ALMA. Identifikovaná struktura podporuje hypotézu, že většina v disku uloženého ledu je přítomna především na větších prachových zrnech (až do průměru kolem 1 mm), nacházejících se ve vnitřních 50 au od hvězdy, která se oddělila od plynu a radiálně sestupují směrem ke hvězdě. [2] V rámci studie se vědci zaměřili i na jiné možné mechanismy uvolňování plynu z povrchu prachových částic (desorpce, desorption), než je sublimace způsobená zvýšením teploty. Mezi zkoumanými alternativami jsou foto-desorpce (photodesorption, uvolnění z povrchu způsobené fotony ultrafialového záření) nebo reakční desorpce (reactive desorption, uvolnění z povrchu v průběhu chemických reakcí). Další ještě podrobnější pozorování pomocí ALMA by mohla pomoci určit, který scénář je správný. [3] Radiální variace rozložení chemických látek v rovině disku a především poloha takzvané sněžné čáry (snowline) jsou klíčové pro pochopení chemických procesů probíhajících na rodících se planetách. Sněžná čára označuje rozhraní, za kterým daná chemická látka vymrzá na povrchu prachových zrn. Detekce metanolu rovněž v chladnějších vnějších oblastech disku ukazuje, že tato látka je schopná z prachových zrn unikat i za mnohem nižších teplot, než by odpovídalo uvolňování z povrchu prostřednictvím teplotní sublimace.
