Stavební kameny terestrických planet u mladých hvězd
Jedno z nejaktuálnějších a nejžhavějších astrofyzikálních témat současnosti, hon na extrasolární planety podobné Zemi, právě dostal důležitý impuls vycházející z nových pozorování spekter přístrojem MIDI na interferometru VLTI (ESO - Very Large Telescope Interferometer). Mezinárodní tým astronomů s jeho pomocí získal jedinečná infračervená spektra prachu ve vnitřních oblastech protoplanetárních disků kolem tří mladých hvězd, které jsou nyní ve stavu, který je pravděpodobně velmi podobný naší sluneční soustavě ve stavu před asi 4,5 miliardami let. Informace o objevu vychází tento týden ve vědeckém časopisu Nature.
Slunce se vzniklo před asi 4,5 miliardami let z chladného a hmotného mraku mezihvězdného plynu a prachu, který se zhroutil pod vlastní gravitací. Prašný disk, který zůstal kolem mladé hvězdy, pak byl prostředím ve kterém vznikla Země a další planety, stejně jako komety a asteroidy.
 | Tyto diagramy ukazují schématický pohled na circumstelární disk a MIDI - spektra napozorovaná ve vnitřních a vnějších regionech disků kolem tří mladých hvězd, HD 163296, HD 144432 a HD 142527 (černá linka). Ve všech spektrech jsou jasné rozdíly mezi vnitřním a vnějším regionem, poukazující na rozdíly v mineralogickém složení. Hlavní vrchol spektra ve vnitřním disku znamená větší zrna a spektrální vrchol na vlnové délce 11.3 ľm signalizuje přítomnost krystalických křemičitanů (lze zvětšit). |
Toto období už je dávno za námi, ale můžeme se o tomtéž procesu přesvědčit pozorováním infračerveného záření přicházejícího od velmi mladých hvězd a prašných protoplanetárních disků kolem nich. Až do nedávné doby ale přístrojové vybavení nedovolilo studovat distribuci prachu v takovém disku. Dokonce i nejbližší známé mladé hvězdy jsou totiž příliš daleko pro kterýkoliv samostatný dalekohled.
Ale právě teď, jak vysvětluje Francesco Paresce, projektový vědecký pracovník interferometru VLT a člen týmu ESA, "právě teď můžeme na VLT spojit světlo ze dvou samostatných velkých dalekohledů, abychom získali zatím jindy nedosažené úhlové rozlišení. To nám dovolilo poprvé nahlédnout přímo do nejniternějších oblastí disků kolem blízkých mladých hvězd, právě do toho místa, kde očekáváme zrod planet podobných naší Zemi."
Nová interferometrická pozorování tří mladých hvězd, která byla uskutečněná za použití spojené síly dvou 8,2 m dalekohledů ze čtveřice VLT, dosáhla dostatečného úhlového rozlišení i ostrosti obrazu k tomu, aby bylo možné proměřit infračervené záření z vnitřního regionu disků okolo tří zkoumaných hvězd, v prostoru odpovídajícím přibližné velikosti zemské oběžné dráhy okolo Slunce a současně i záření vycházející z vnějších částí těchto disků. Odpovídající infračervené spektrum poskytlo rozhodující informace o chemickém složení prachu v disku a také mineralogické informace o o průměrné velikosti zrn.
Tato průkopnická pozorování ukazují, že vnitřní část disku je velmi bohatá na krystalická silikátová zrnka ("písek") o průměru jen asi 0,001 mm. Tato zrnka vznikla koagulací z mnohem menších a beztvarých prašných zrnek, všudypřítomných v mezihvězdném mraku ze kterého se zrodila mateřská hvězda i protoplanerární disk.
Modelové výpočty ukazují, že taková koagulovaná krystalická zrnka by v době, kdy vznikala naše Země měla být hojně zastoupena právě ve vnitřní části disku. Právě z takových zrnek křemičitanů je ve skutečnosti složena také většina meteoritů naší vlastní sluneční soustavy.
Holandský astronom Rens Waters, člen týmu ESO z astronomického institutu univerzity v Amsterodamu nadšeně vypráví: "se všemi těmito přísadami na místě, kde mají být a v době kdy již započal vznik větších zrn prachu i formování větších a větších kusů kamene, je nakonec vznik planety podobné Zemi skoro nevyhnutelný"!
Již dříve bylo známo, že většina prachu v disku kolem nově vzniklých hvězd je tvořena z křemičitany. V původním mraku je tento prach beztvarý, lépe řečeno atomy a molekuly, které jej tvoří, jsou dohromady spojeny značně chaoticky a výsledná zrnka tak jsou chmýřovitá a velmi malá, typicky asi jen 0,0001 mm. Nicméně v blízkosti mladé hvězdy, kde je teplota a hustota mraku nejvyšší, jsou částečky prachu náchylné k tomu se spojovat a vytvářet zrnka mnohem větší. Navíc, prach, který je zahřát zářením hvězdy, má tendenci se shlukovat a přeskupovat molekuly v zrncích do geometrických (krystalických) vzorů.
Podle této úvahy se prach v oblastech disku, které jsou nejblíže k hvězdě brzy transformuje z "původních" (malých a beztvarých) zrnek na zrnka "přeměněná" (větší a krystalická).
Spektroskopická pozorování silikátových zrn na středních infračervených vlnových délkách kolem 10 ľm dokáží odhalit, zda jsou to ještě "původní" nebo už "zpracovaná". Dřívější pozorování disků okolo mladých hvězd ukázala vždy jen směs původního a přeměněného materiálu, ale až doposud nebylo možné říci, kde se v disku různá zrnka nachází.
Díky až stonásobně vyššímu úhlovému rozlišení VLTI oproti jiným přístrojům a velmi citlivému přístroji MIDI bylo nyní možné získat detailní infračervené spektrum různých oblastí protoplanetárního disku okolo tří mladých hvězd, starých jen několik málo milionů let. Získaná spektra ukazují, že prach blízko hvězdy je mnohem více "přeměněný" než prach ve vnějších oblastech disků. VLTI je jedinečný přístroj doplňující 4 velké, 8,2 m zrcadlové dalekohledy observatoře v Paranal o další, menší a pohyblivé (!!), 1,8 m zrcadlové dalekohledy. První z těchto pomocných dalekohledů (AT1) byl nainstalován teprve v lednu 2004.
U dvou hvězd (HD 144432 a HD 163296) je prach ve vnitřním disku již docela přeměněný, zatímco prach ve vnějším disku je téměř původní. U třetí hvězdy (HD 142527) je již prach přeměněný v celém disku. V centrální části tohoto disku jde ale o extrémně přeměněný materiál, téměř výhradně o krystalizovaný prach.
Důležitý závěr těchto (VLTI) pozorování je v tom, že základní stavební materiál pro planety typu Země je přítomen v cirkumstelárním prachovém disku už od samého začátku. Jde o významné zjištění, které signalizuje, že planety pozemského (skalnatého) typu mohou být nejspíše docela běžné.Současná pozorování mají také své důsledky pro studium komet.
Některé, možná všechny, komety ve sluneční soustavě totiž obsahují oba dva druhy prachu, tedy jak ten původní (beztvarý), tak i ten přeměněný (krystalizovaný). Protože se ale komety definitivně utvořily až ve velké vzdálenosti od Slunce, ve vnějších regionech sluneční soustavy, kde vždy bylo velmi chladno, není jasné kolik a jak dalece přeměněných prachových zrn mohlo v kometách skončit. V jedné z teorií je přeměněný prach do vnějších částí soustavy přepraven až z blízkosti mladé hvězdy, jiná teorie tvrdí, že přeměněný prach v kometách byl vyprodukován až v chladných vnějších regionech a to za mnohem delší dobu než v blízkosti centrální hvězdy. Možnou příčinou přeměny bylo možná působení rázových vln, případně nějaké formy blesků nebo třeba časté srážky mezi většími zlomky. První z teorií považuje současný tým astronomů soustředěný okolo těchto pozorování za nejspíše možné vysvětlení přítomnosti přeměněného prachu v kometách.
 | Na obrázku: Srovnání IR spektra (střední rozsahy) u různých astronomických objektů se spektry vnitřních a vnějších regionů disků u tří mladých hvězd (lze zvětšit). |
Průzkum komet, obzvláště pokud by byl vykonán na původním místě, daleko od Slunce, by proto mohl poskytnou přímý přístup k výchozímu materiálu ze kterého byla stvořena sluneční soustava.
Výsledky uveřejněné v této tiskové zprávě Evropské jižní observatoře jsou detailně popsány ve výzkumné zprávě "Stavební kameny planet uvnitř "pozemské" oblasti protoplanetárních disků", autoři Roy van Boekel a kolektiv, v časopisu Nature, 25.listopadu 2004.
Zdroj: ESO
Převzato: Hvězdárna Uherský Brod
