ALMA zkoumá oblasti vzniku planet

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 49/2015

Nové důkazy existence planet v discích kolem mladých hvězd

Planety obíhají kolem téměř každé hvězdy, astronomové ale stále přesně nerozumí tomu, jakým způsobem a za jakých podmínek planety vznikají. Aby mohli tyto otázky zodpovědět, zkoumají rotující disky plynu a prachu kolem mladých hvězd, ze kterých se planety formují. Tyto disky jsou ale malé a nacházejí se daleko od nás. Aby bylo možné odhalit jejich tajemství, museli astronomové použít unikátní schopnosti radioteleskopu ALMA.  

Vnitřní části jedné samostatné třídy těchto disků – označujeme je jako přechodové (transitional discs) – jsou v nejbližším okolí hvězdy nečekaně chudé na prachové částice. Jako vysvětlení tohoto záhadného faktu byly přijímány dvě teorie. Podle první mohly být částice původně obíhající v tomto místě zničeny intenzivním vyzařováním hvězdy nebo odfouknuty prostřednictvím hvězdného větru [1]. Druhou možností je, že vznikající mladé hmotné planety tuto část disku vyčistily při svém oběhu kolem mateřské hvězdy [2].      

Mimořádná citlivost a rozlišovací schopnost radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) nyní umožnila mezinárodnímu týmu astronomů pod vedením Nienke van der Marel (Leiden Observatory, Nizozemí) dosud nejpodrobněji zmapovat rozložení plynu a prachu ve čtveřici těchto přechodových disků [3]. A to jim umožnilo poprvé rozhodnout mezi uvedenými dvěma alternativními variantami vzniku mezer v těchto discích.  

Nové snímky ukazují, že prachových mezerách se stále vyskytuje značné množství plynu [4]. Překvapivé ale je, že i plynová složka vykazuje mezeru, která je asi třikrát menší než v případě prachu. 

A to je možné vysvětlit pouze scénářem, ve kterém nově vzniklé hmotné planety vyčistily oblast od plynu při svém oběhu kolem hvězdy, přičemž na sebe nabalují prach z rozsáhlejší oblasti [5].

„Starší pozorování již naznačila, že se v prachových mezerách stále vyskytuje nějaký plyn,“ vysvětluje Nienke van der Marel. „Ale jelikož ALMA dokáže zobrazit hmotu v celém disku s mnohem lepším rozlišením, mohli jsme alternativní scénář zcela vyloučit. Existence těchto rozsáhlých mezer jasně ukazuje na přítomnost planet s hmotností několikrát převyšující Jupiter, které je vytvořily při svém pohybu diskem.“   

Je pozoruhodné, že tato významná pozorování byla získána v době, kdy polovina zařízení ALMA pracujícího na planině Chajnantor v severním Chile byla stále ve fázi konstrukce, a tedy s desetkrát horším rozlišením, než jakého je radioteleskop schopen dosáhnout dnes.

Nyní je potřeba zjistit, zda i další přechodové disky potvrzují tento planetární scénář, pozorování provedená pomocí ALMA ale každopádně poskytla astronomům další důležité informace týkající se komplexních procesů probíhajících při formování planet. 

„Všechny přechodové disky s prachovou mezerou, které jsme dosud zkoumali, mají zároveň mezeru v plynné složce. S pomocí ALMA jsme nyní schopni zjistit, kde a kdy v těchto discích obří planety vznikají, a porovnat tyto výsledky s modely vzniku planet,“ říká spoluautor práce Ewine van Dishoeck (Leiden University a Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo) [6]. „Přímé zobrazení planet je na hranici možností našich současných přístrojů. Ale příští generace dalekohledů, na které se dnes pracuje, jako je například E-ELT, bude schopná pokročit mnohem dále. A radioteleskop ALMA nám ukáže, kam je potřeba se podívat.“

Poznámky

[1] Tento proces, který vytváří proluku disku zevnitř je označován jako fotoevaporace (photoevaporation).

[2] Je obtížné takové planety pozorovat přímo (eso1310) a předchozí výzkumy provedené na milimetrových vlnových délkách (eso1325) nedosahovaly takového rozlišení ve vnitřních částech disku, kde se planety tvoří, a kde by bylo možné mezi uvedenými variantami jednoznačně rozhodnout. V dalších studiích (eso0827) nebylo možné změřit obsah plynu v těchto discích.  

[3] Čtveřice hvězd, na které se vědci zaměřili: SR 21, HD 135344B (= SAO 206462), DoAr 44 a Oph IRS 48.

[4] Plynná složka přítomná v přechodových discích obsahuje především vodík, a její rozložení je sledováno především pomocí molekul oxidu uhelnatého (CO). 

[5] Proces zachycování prachu je vysvětlen ve zprávě eso1325.

[6] Dalšími podobnými případy jsou přechodové disky HD 142527 (eso1301 a na stránkách www.almaobservatory.org) a J1604-2130.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA” autorů N. van der Marel a kol., který byl publikován 15. prosince ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Složení týmu: N. van der Marel (Leiden University, Leiden, Nizozemí; Institute for Astronomy, University of Hawaii, Honolulu, USA), E. F. van Dishoeck (Leiden University, Leiden, Nizozemí; Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo), S. Bruderer (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, USA), K. M. Pontoppidan (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), G. J. Herczeg (Peking University, Beijing, Čína), T. van Kempen (Leiden University, Leiden, Nizozemí) a A. Miotello (Leiden University, Leiden, Nizozemí).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek (Astronomy & Astrophysics)
• snímky radioteleskopu ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Nienke van der Marel; Institute for Astronomy, University of Hawaii; Honolulu, USA; Email: nmarel@ifa.hawaii.edu

Ewine van Dishoeck; Leiden Observatory; Leiden, The Netherlands; Tel.: +31 71 527 5814; Email: ewine@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tiskový zpráva ESO1549