Formování planetárních systémů

Přístroj SPHERE odhaluje protoplanetární disky modelované nově zrozenými planetami

Moderní přístroj SPHERE, který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) na observatoři Paranal (Paranal Observatory) v Chile, je určen k pátrání po exoplanetách (exoplanets). Trojice vědeckých týmů jej nedávno použila ve snaze po odhalení tajemství vývoje mladých planetárních systémů. Extrémní nárůst počtu známých exoplanet v uplynulých letech učinil z jejich výzkumu jeden z nejdynamičtěji se rozvíjejících oborů moderní astronomie.

Dnes víme, že planety se rodí z mohutných takzvaných protoplanetárních disků (protoplanetary discs) plynu a prachu, které obepínají nově zrozené hvězdy. Disky jsou obvykle poměrně rozsáhlými útvary sahajícími až do vzdálenosti miliard kilometrů od středu rodící se soustavy. Částice v protoplanetárním disku se postupně začnou srážet a spojovat až do podoby objektů planetárních rozměrů. Detaily vývoje samotných disků však zatím neznáme.

SPHERE přibyl do arsenálu přístrojů sloužících ve spojení s dalekohledy ESO/VLT zcela nedávno. Díky kombinaci moderních technologií nabízí toto zařízení účinnou metodu pro přímé zobrazování jemných detailů v protoplanetárních discích [1]. Interakce s formujícími se planetami může disky tvarovat do různých forem: známe mohutné a husté disky, disky se spirálními rameny nebo temnými prolukami. Poslední zmíněné jsou mimořádně zajímavé, jelikož jejich jednoznačné spojení s vývojem planet je teprve potřeba prokázat. Právě tuto záhadu se astronomové rozhodli vyřešit. A mimořádné schopnosti přístroje SPHERE umožnily vědeckým týmům tyto zajímavé struktury protoplanetárních disků přímo pozorovat.

Jedním z příkladů je mladá hvězda s označením RXJ1615, která leží asi 600 světelných let od nás a na obloze se nachází v souhvězdí Štíra. Tým pod vedením Jos de Boera (Leiden Observatory, Nizozemí) objevil kolem této mladé stálice složitý systém koncentrických prstenů, tvořících gigantický útvar připomínající prstence planety Saturn. Takto komplikované uspořádání prstenců v protoplanetárním disku bylo dosud přímo zobrazeno pouze v několika případech. Pozoruhodné je, že celý systém je překvapivě mladý. Jeho stáří se odhaduje na pouhých 1,8 milionu let a prstenec jeví známky tvarování planetami, které jsou stále ve fází zrodu.

Mládí tohoto nově detekovaného disku dělá ze systému RXJ1615 vzácný případ. Všechny dosud pozorované protoplanetární disky jsou totiž většinou relativně staré a vyvinuté. Neočekávané výsledky týmu profesora De Boera nezůstaly bez odezvy. Následovalo oznámení týmu pod vedením Christiana Ginski (rovněž Leiden Observatory), který pozoroval mladou hvězdu HD97048. Ta se na obloze nachází v souhvězdí Chameleona a je vzdálena asi 500 světelných let. Na základě pečlivé analýzy se vědcům podařilo i kolem této hvězdy objevit disk, který rovněž tvoří koncentrické prsteny. Symetrie obou systémů je překvapivým výsledkem, jelikož většina dosud známých protoplanetárních disků obsahuje řadu asymetrických spirálních ramen, mezer a vírů. Tyto objevy významně zvýšily počet známých systémů s řadou symetrických prstenců.

Mimořádně zajímavý případ zatím početnější skupiny asymetrických disků se podařilo nasnímat skupině astronomů pod vedením Tomase Stolkera (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Nizozemí). Tento disk obkružuje hvězdu HD135344B, která se nachází asi 450 světelných let od nás. Přestože tato stálice byla v minulosti pečlivě zkoumána, přístroj SPHERE umožnil vědcům spatřit její protoplanetární disk mnohem podrobněji. Předpokládá se, že rozsáhlá centrální proluka a dvojice nápadných struktur připomínajících spirální ramena vznikly působením jedné nebo více hmotných protoplanet, které jsou předurčeny k tomu, stát se planetárními světy podobnými Jupiteru.

Navíc byla pozorována čtveřice temných pásů, patrně stínů vržených hmotou pohybující se v disku kolem hvězdy HD135344B. Pozoruhodné je, že jeden z pruhů se nápadně změnil během pouhých měsíců, které dělí získaná pozorování. Jedná se tak o mimořádně vzácný případ pozorování vývoje v protoplanetárním disku doslova v reálném čase. Tyto změny by mohly být známkou procesů probíhajících ve vnitřních částech disku, které nejsou ani pomocí SPHERE přímo pozorovatelné. Kromě toho, že se jedná o působivé záběry, poskytují snímky těchto ‚letících stínů‘ unikátní příležitost ke zkoumání dynamiky v nejvnitřnějších partiích disku.  

Uvedené příklady výsledků nedávných pozorování potvrzují, že složité a proměnlivé prostředí v discích obklopujících mladé hvězdy může přinášet překvapivé nové objevy. Získáním zajímavých poznatků o těchto protoplanetárních discích nás výzkum provedený těmito vědeckými týmy přibližuje k pochopení procesů, kterými planety formují disky, ze kterých se zrodily, a tím i k porozumění samotné podstatě formování planet.

Poznámky

[1] Přístroj SPHERE byl poprvé použit v červnu 2014. Využívá pokročilý systém adaptivní optiky (k odstranění poruch způsobených chvěním atmosféry) v kombinaci s ‚koronagrafem‘ (který odstiňuje většinu světla centrální hvězdy). Aby bylo možné izolovat světlo jemných struktur v discích, využívá metody diferenciálního zobrazování a polarimetrie.

Další informace

Články, prezentující výzkumy provedené v rámci konsorcia SPHERE, byly přijaty k publikaci ve vědeckém časopise Astronomy and Astrophysics. Názvy jednotlivých článků jsou: Direct detection of scattered light gaps in the transitional disk around HD 97048 with VLT/SPHERE autorů J. de Boer a kol.; Shadows cast on the transition disk of HD 135344B: Multi-wavelength VLT/SPHERE polarimetric differential imaging autorů C. Ginski a kol. a Multiple rings in the transition disk and companion candidates around RX J1615.3-3255: High contrast imaging with VLT/SPHERE autorů T. Stolker a kol. Všechny tři práce vznikly v rámci spolupráce na programu SPHERE GTO pod vedením Carstena Dominika (University of Amsterdam).

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 autorů Jos de Boer a kol.
• odborný článek autorů Christian Ginski a kol.
• odborný článek autorů Tomas Stolker a kol.

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , 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

Tomas Stolker; Anton Pannekoek Institute for Astronomy; Amsterdam, the Netherlands; Tel.: +3120525 8152; Email: T.Stolker@uva.nl

Jos de Boer; Leiden University; Leiden, the Netherlands; Tel.: +31715278139; Email: deboer@strw.leidenuniv.nl

Christian Ginski; Leiden University; Leiden, the Netherlands; Tel.: +31715278139; Email: ginski@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] Tisková zpráva eso1640