Ena trenutno najbolj vročih astrofizičnih tem - lov na zemeljske planete okoli drugih zvezd - je pravkar dobila pomemben zagon novih spektralnih opazovanj z instrumentom MIDI na ESO VLT Interferometer (VLTI).
Mednarodna ekipa astronomov [2] je pridobila edinstvene infrardeče spektre prahu v najbolj skrajnih regijah protoplanetarnih diskov okoli treh mladih zvezd - zdaj v stanju, ki je verjetno zelo podobno kot v nastajanju našega osončja, približno 4.500 pred milijoni let.
Poročajo v tokratni številki znanstvene revije Nature, zahvaljujoč neupravičenemu, ostremu in prodornemu pogledu na interferometrijo pa kažejo, da so v vseh treh pravih sestavinah na pravem mestu za začetek nastajanja skalnih planetov pri teh zvezdah.
"Pesek" v notranjih predelih zvezdnih diskov
Sonce se je rodilo pred približno 4500 milijoni let iz hladnega in masivnega oblaka medzvezdnega plina in prahu, ki se je podrl pod lastnim gravitacijskim potegom. Okoli mlade zvezde je bil prisoten prašen disk, v katerem so se kasneje oblikovali Zemlja in drugi planeti, pa tudi kometi in asteroidi.
Te epohe že dolgo ni, vendar smo še vedno lahko priča istemu postopku, če opazujemo infrardečo emisijo zelo mladih zvezd in prašnih protoplanetarnih diskov okoli njih. Do zdaj pa razpoložljivi instrumenti niso omogočali preučevanja porazdelitve različnih sestavnih delov prahu na takih diskih; tudi najbližji znani so predaleč, da bi jih lahko razrešili. Toda zdaj, kot pojasnjuje Francesco Paresce, projektni znanstvenik za VLT Interferometer in član ekipe iz ESO, „Z VLTI lahko kombiniramo svetlobo dveh dobro ločenih velikih teleskopov, da dobimo kotno ločljivost brez primere. To nam je omogočilo, da smo prvič pogledali v najbolj notranji del diskov okoli nekaterih bližnjih mladih zvezd, prav tam, kjer pričakujemo, da se bodo planeti, kot je naša Zemlja, oblikovali ali se bodo kmalu oblikovali. "
Konkretno, nova interferometrična opazovanja treh mladih zvezd s strani mednarodne ekipe [2] z uporabo kombinirane moči dveh 8,2-metrskih teleskopov VLT v stotih metrih narazen so dosegli zadostno ostrino slike (približno 0,02 arcsec) za merjenje infrardeče emisije notranje območje diskov okoli treh zvezd (približno ustreza velikosti Zemljine orbite okoli Sonca) in emisija iz zunanjega dela teh diskov. Ustrezni infrardeči spektri so dali ključne informacije o kemični sestavi prahu na diskih in tudi o povprečni velikosti zrn.
Ta naslednja opazovanja kažejo, da je notranji del plošč zelo bogat s kristalnimi silikatnimi zrni ("pesek") s povprečnim premerom približno 0,001 mm. Nastanejo s koagulacijo veliko manjših, amorfnih zrn prahu, ki so bile vseprisotne v medzvezdnem oblaku, ki so rodile zvezde in njihove diske.
Modelni izračuni kažejo, da bi morala biti kristalna zrna ob nastanku Zemlje obilno prisotna v notranjem delu diska. Dejansko so meteoriti v našem lastnem osončju sestavljeni v glavnem iz te vrste silikata.
Nizozemski astronom Rens Waters, član ekipe z astronomskega inštituta z univerze v Amsterdamu, je navdušen: "Z vsemi sestavinami in tvorjenjem večjih zrn iz prahu se že začnejo tvoriti večji in večji koščki kamna in , končno, zemeljski planeti s teh plošč so skoraj neizogibni! "
Preoblikovanje zrn
Že nekaj časa je znano, da večino prahu na diskih okoli novorojenih zvezd tvorijo silikati. V natalnem oblaku je ta prah amorfen, tj. Atomi in molekule, ki sestavljajo prašno zrno, so sestavljeni na kaotičen način, zrna pa so puhasta in zelo majhna, običajno velikosti približno 0,0001 mm. Toda v bližini mlade zvezde, kjer sta temperatura in gostota najvišji, se prašni delci v obkrožnem disku nagibajo tako, da zrna postanejo večja. Poleg tega se prah segreva z zvezdnim sevanjem in to povzroči, da se molekule v zrnu preuredijo v geometrijske (kristalne) vzorce.
Zato se prah na območjih diskov, ki so najbližje zvezdi, kmalu spremeni iz "neokrnjenih" (majhnih in amorfnih) v "predelana" (večja in kristalna) zrna.
Spektralna opazovanja silikatnih zrn v območju infrardeče valovne dolžine (približno 10 mm) bodo pokazala, ali so "neokrnjena" ali "predelana". Prejšnja opažanja plošč okoli mladih zvezd so pokazala, da je prisotna mešanica neokrnjenega in predelanega materiala, vendar je bilo do zdaj nemogoče povedati, kje v disku prebivajo različna zrna.
Zahvaljujoč stokratnemu povečanju kotne ločljivosti z VLTI in zelo občutljivim instrumentom MIDI podrobni infrardeči spektri različnih regij protoplanetarnih diskov okoli treh novorojenih zvezd, starih le nekaj milijonov let, kažejo, da je prah blizu zvezda je veliko bolj obdelana kot prah na zunanjih območjih diskov. Pri dveh zvezdah (HD 144432 in HD 163296) je prah na notranjem disku dokaj obdelan, medtem ko je prah na zunanjem disku skoraj neokrnjen. V tretji zvezdi (HD 142527) se prah obdela na celotnem disku. V osrednjem predelu tega diska je izjemno predelan, skladen s popolnoma kristalnim prahom.
Pomemben sklep iz ugotovitev VLTI je torej, da so gradbeni elementi planetov, podobnih Zemlji, prisotni v obkrožnih diskih že od samega začetka. To je zelo pomembno, saj kaže, da so planeti kopenskega (skalnega) tipa, kot je Zemlja, najverjetneje precej pogosti v planetarnih sistemih, tudi zunaj osončja.
Neokrnjeni kometi
Sedanja opažanja vplivajo tudi na preučevanje kometov. Nekateri - morda vsi - kometi v osončju vsebujejo neokrnjen (amorfni) in predelani (kristalni) prah. Kometi so se zagotovo oblikovali na velikih razdaljah od Sonca, v zunanjih območjih osončja, kjer je bilo vedno zelo hladno. Zato ni jasno, kako lahko predelano zrno prahu konča v kometih.
Po eni teoriji se predelani prah odpelje z mladega Sonca navzven s turbulenco v precej gostem cirkolarnem disku. Druge teorije trdijo, da je predelani prah v kometih nastajal lokalno v hladnih regijah v veliko daljšem času, morda zaradi udarnih valov ali strele v disku ali pogostih trkov med večjimi drobci.
Sedanja skupina astronomov zdaj zaključuje, da je prva teorija najverjetnejša razlaga za prisotnost predelanega prahu v kometih. To pomeni tudi, da so dolgotrajni kometi, ki nas včasih obiščejo iz zunanjih dosegov našega osončja, resnično neokrnjena telesa, ki segajo v obdobje, ko Zemlja in drugi planeti še niso bili oblikovani.
Študije takih kometov, zlasti če se izvajajo in situ, bodo torej omogočile neposreden dostop do izvirnega materiala, iz katerega je nastal sončni sistem.
Več informacij
Rezultati, predstavljeni v tem PR-ju ESO, so podrobneje predstavljeni v raziskovalnem dokumentu "Gradniki planetov znotraj" kopenske "regije protoplanetarnih diskov", avtorja Roya van Boekela in soavtorja (Nature, 25. november 2004). Pripombe so bile izvedene v okviru zgodnjega znanstvenega demonstracijskega programa ESO.
Opombe
[1]: To sporočilo za javnost ESO je izdano v sodelovanju z Astronomskim inštitutom Univerze v Amsterdamu, Nizozemska (NOVA PR) in Max-Planck-Institut za astronomijo (Heidelberg, Nemčija (MPG PR)).
[2]: Ekipo sestavljajo Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik in Alex de Koter (Astronomski inštitut, Univerza v Amsterdamu, Nizozemska), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler in Frank Przygodda (Max-Planck-Institut za astronomijo, Heidelberg, Nemčija), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schlerler in Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe in Jeroen de Jong (Leiden Observatory , Nizozemska), Anne Dutrey in Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Francija), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Francija), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Francija) in Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut za radioastronomijo, Bonn, Nemčija).
[3]: Instrument MIDI je rezultat sodelovanja med nemškimi, nizozemskimi in francoskimi inštituti. Za več informacij glejte ESO PR 17/03 in ESO PR 25/02.
Izvirni vir: ESO News Release
