Astronomové zachytili, jak se ve víru prachu formuje obří planeta

Zdánlivě klidná hvězda právě prozradila jedno z nejlépe střežených tajemství vesmíru: v jejím prašném disku se formuje planeta – masivní plynný obr. Po léta se hvězda MP Mus ze souhvězdí Mouchy (Musca) jevila jako bezvýrazná – žádné planety, žádné mezery v disku. Když však vědci použili detailnější snímky z radioteleskopu ALMA a spárovali je s daty o hvězdných vibracích z observatoře Gaia, objevil se dramatický obraz: planeta možná až desetkrát větší než Jupiter, skrytá před očima astronomů. Jedná se o první případ, kdy byl takto skrytý svět detekován touto metodou, což naznačuje, že v discích kolem jiných mladých hvězd by mohlo čekat mnoho dalších rodících se planet.

Objevení masivní planety v prachovém disku
Astronomové objevili masivní planetu, jejíž velikost se odhaduje na třikrát až desetkrát větší než Jupiter, skrytou v tlustém disku plynu a prachu obklopujícím mladou hvězdu. Hvězda, známá jako MP Mus, byla dříve považována za osamocenou a bez známek obíhajících planet. Dřívější pozorování neukázala nic víc než hladký, bezvýrazný oblak, který ji obklopuje.

Nová data však vykreslují zcela jiný obraz. Vědci pomocí detailních pozorování z radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a měření z mise Gaia Evropské kosmické agentury ESA objevili důkazy o obří planetě obíhající kolem hvězdy.

Mezinárodní tým pod vedením výzkumníků z univerzity v Cambridge detekoval plynného obra v tzv. protoplanetárním disku – plochém, rotujícím pásu plynu, ledu a prachu, kde se začínají formovat nové planety. Toto je poprvé, co byla data z družice Gaia použita k identifikaci planety uvnitř takového disku. Zjištění, publikovaná v časopise Nature Astronomy, poukazují na slibnou novou metodu pro hledání mladých planet, které se ještě formují.

Když ji astronomové poprvé pozorovali pomocí radioteleskopu ALMA, spatřili hladký disk bez planet, který je zobrazen na pravém snímku (viz obrázek v úvodu článku). Tým vedený Álvarem Ribasem, astronomem z univerzity v Cambridge ve Velké Británii, dal této hvězdě další šanci a znovu ji pozoroval pomocí radioteleskopu ALMA na delších vlnových délkách, které pronikají ještě hlouběji do protoplanetárního disku než dříve. Tato nová pozorování, zobrazená na levém snímku, odhalila mezeru a prstenec, které byly při předchozích pozorováních skryty, což naznačuje, že MP Mus by nakonec mohla mít společnost.

Jak se planety tvoří v protoplanetárních discích
Studium formování planet uvnitř protoplanetárních disků pomáhá vědcům lépe pochopit, jak vznikla Sluneční soustava. V procesu zvaném akrece jádra jsou malé částice přitahovány gravitací a postupně se shlukují do větších objektů, jako jsou asteroidy a planety. Jak nové planety rostou, narušují disk kolem sebe a vyřezávají v něm znatelné mezery – podobné drážkám na vinylové desce.

Pozorování těchto mladých planet je však extrémně náročné kvůli zakrytí plynem a prachem v disku. Doposud byly provedeny pouze tři detekce mladých planet v protoplanetárním disku.

Álvaro Ribas z Cambridge’s Institute of Astronomy, který vedl výzkum, se specializuje na studium protoplanetárních disků. „Tuto hvězdu jsme poprvé pozorovali v době, kdy jsme se dozvěděli, že většina disků má prstence a mezery, a doufal jsem, že kolem MP Mus najdeme útvary, které by mohly naznačovat přítomnost planety nebo několika planet,“ řekl.

Nečekaně fádní disk vyvolává otázky
Pomocí radioteleskopu ALMA pozoroval Ribas v roce 2023 protoplanetární disk kolem MP Mus (známé také jako PDS 66). Výsledky ukázaly mladou hvězdu, která se ve vesmíru zdánlivě nacházela úplně sama. Její okolní disk nevykazoval žádné mezery, kde by se mohly formovat planety, a byl zcela plochý a bezvýrazný.

„Naše dřívější pozorování ukázala nudný, plochý disk,“ řekl Ribas. „Ale to nám připadalo zvláštní, protože disk je starý sedm až deset milionů let. V disku takového stáří bychom očekávali nějaké důkazy o formování planet.“

Ribas a jeho kolegové z Německa, Chile a Francie nyní dali hvězdě MP Mus další šanci. Opět pomocí radioteleskopu ALMA pozorovali hvězdu na vlnové délce 3 mm, což je delší vlnová délka než při dřívějších pozorováních; to jim umožnilo prozkoumat disk detailněji.

Nová pozorování odhalila dutinu blízko hvězdy a dvě mezery dále od ní, které byly při dřívějších pozorováních zakryty, což naznačuje, že MP Mus nemusí být sama.

Zároveň Miguel Vioque, výzkumník z Evropské jižní observatoře (ESO), odhaloval další dílek skládačky. Pomocí dat z družice Gaia zjistil, že MP Mus „vibruje“.

„Moje první reakce byla, že jsem se musel ve výpočtech splést, protože MP Mus byla známá svým diskem bez detailů,“ řekl Vioque. „Právě jsem své výpočty revidoval, když jsem viděl Álvara Ribase, jak přednáší o předběžných výsledcích nově objevené vnitřní dutiny v disku, což znamenalo, že viklání, které jsem detekoval, bylo skutečné a s velkou pravděpodobností ho způsobovala formující se planeta.“

Vědci s využitím kombinace pozorování z observatoří Gaia a ALMA a počítačového modelování tvrdí, že vibrace jsou pravděpodobně způsobeny plynným obrem, který je méně než desetkrát hmotnostnější než Jupiter a obíhá kolem hvězdy ve vzdálenosti mezi jedním a trojnásobkem vzdálenosti Země od Slunce.

„Naše počítačové simulace ukázaly, že pokud umístíte obří planetu do nově objevené mezery, můžete také vysvětlit signál z teleskopu Gaia,“ řekl Ribas. „A použití delších vlnových délek při pozorování radioteleskopem ALMA nám umožnilo vidět struktury, které jsme dříve vidět nemohli.“

Toto je poprvé, co byla exoplaneta vnořená v protoplanetárním disku nepřímo objevena tímto způsobem – kombinací přesných dat o pohybu hvězdy ze satelitu Gaia s hloubkovými pozorováními disku. To také znamená, že v jiných discích by mohlo existovat mnoho dalších skrytých planet, které jen čekají na objevení.

„Myslíme si, že to může být jeden z důvodů, proč je těžké detekovat mladé planety v protoplanetárních discích, protože v tomto případě jsme potřebovali data z radioteleskopu ALMA a družice Gaia společně,“ řekl Ribas. „Delší vlnová délka radioteleskopu ALMA je neuvěřitelně užitečná, ale pozorování na této vlnové délce vyžaduje více času na dalekohledu.“

Ribas říká, že nadcházející vylepšení radioteleskopu ALMA, stejně jako budoucí dalekohledy, jako je Very Large Array (ngVLA) nové generace, by mohly být využity k hlubšímu pohledu do více disků a lepšímu pochopení skryté populace mladých planet, což by nám zase mohlo pomoci zjistit, jak se mohla zformovat naše vlastní planeta.

Hvězda typu T Tauri – MP Mus – se nachází 319 světelných let od Slunce. Jde o samostatnou hvězdu spektrální třídy K1Ve, která má asi 130 % hmotnosti slunce.

Zdroj: https://scitechdaily.com/astronomers-catch-a-giant-planet-forming-in-a-swirl-of-dust/; https://www.cam.ac.uk/research/news/astronomers-find-a-giant-hiding-in-the-fog-around-a-young-star a https://www.eso.org/public/images/potw2528a/

autor: František Martinek