Jak se rodí planety?

Astronomové odhalili zajímavou situaci v okolí mladé hvězdy. Něco, snad další hvězda či planeta, jak se zdá, svým působením vytváří shluk materiálu v protoplanetárním disku, který hvězdu obklopuje. Pozorování uskutečněná pomocí Spitzerova kosmického dalekohledu na oběžné dráze kolem Země tak poskytla výjimečný pohled do počáteční fáze formování planet.

Planety se vytvářejí z materiálu, který v podobě pracho-plynného disku obklopuje hvězdu. Kosmický dalekohled Spitzer pozoroval v období delším než 5 měsíců infračervené záření, přicházející z disku, obklopujícího mladou hvězdu s názvem LRLL 31. K překvapení astronomů se záření hvězdy měnilo neočekávaným způsobem v krátkém časovém období jednoho týdne. Planety vznikají několik miliónů roků, takže toto je unikátní možnost pozorovat nějaké změny v tak krátkém časovém měřítku.

Jedno možné vysvětlení je, že v blízkosti hvězdy se nachází průvodce – buď malá hvězda nebo vznikající planeta – která může „stlačovat“ okolní materiál dohromady a vytvářet zde jakýsi chomáč, což způsobuje zdánlivé změny pozorované tloušťky disku při oběhu kolem hvězdy – viz obrázek.

„Zatím nevíme, jestli zde vzniká, nebo v budoucnu vznikne planeta, avšak získali jsme informace k lepšímu pochopení vlastností a dynamiky jemného prachu, který může existovat buď sám o sobě nebo vytvářet planety,“ říká James Muzerolle (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland). „Toto je unikátní kratičký pohled do zdlouhavého procesu formování planet.“

Podle jedné z teorií planety vznikají z prachu a plynu, obklopujícího hvězdu. Pomalu zvětšují svůj rozměr – nabalují na sebe další a další materiál jako valící se sněhová koule. Planeta se stává větší a větší a vytváří mezeru v prachovém disku do té doby, než tzv. přechodný (prvotní) disk dostane tvar velké „koblihy“ s dírou uprostřed. Postupem času disk pozvolna mizí a objevuje se nový typ disku, vytvářený z úlomků v důsledku srážek mezi planetami, asteroidy a kometami. Nakonec vše dospěje ke vzniku planetární soustavy, podobné té naší.

Již před vypuštěním družice Spitzer v roce 2003 bylo známo několik přechodných disků s mezerami či prázdným prostorem uprostřed. S dokonalejším „zrakem“ kosmické observatoře Spitzer byly v nedávné době objeveny desítky takovýchto útvarů. Kosmický dalekohled „ucítil“ teplo, vyzařované z disků a nepřímo tak zmapoval jejich strukturu.

James Muzerolle se svými spolupracovníky vybral ke studiu rodinu mladých hvězd, u nichž byly pozorovány přechodné disky. Stáří těchto hvězd se pohybuje v rozmezí dvou až tří miliónů roků a od Země jsou vzdáleny zhruba 1000 světelných let. Všechny se nacházejí v oblasti IC 348 v souhvězdí Persea – v oblasti známé tvorbou nových hvězd. Několik hvězd vykazuje překvapující náznaky změn. K podrobnému výzkumu vybrali astronomové objekt LRLL 31, který zkoumali během 5 měsíců prostřednictvím všech tří přístrojů na palubě observatoře Spitzer.

Pozorování ukázala, že světlo z vnitřních oblastí disků v okolí hvězd se mění v periodě několika týdnů, v jednom případě dokonce v periodě jednoho týdne. „Přechodné disky jsou celkem vzácné. Jak to tak vypadá, několik disků s tímto typem proměnnosti jsme pozorovali, což je opravdu vzrušující,“ říká spoluautor článku Kevin Flaherty (University of Arizona, Tucson).

James Muzerolle se svým týmem spolupracovníků je přesvědčen, že průvodce pozorované hvězdy obíhá v mezeře obklopujícího disku. Takto by mohla být vysvětlena získaná data. „Průvodce, obíhající v mezeře uvnitř disku téměř v jeho blízkosti, způsobuje periodické změny tloušťky vnitřního okraje disku, obklopujícího hvězdu: vyvýšený okraj emituje více světla na kratších vlnových délkách, protože je větší a teplejší, avšak ve stejném okamžiku tento vyvýšený okraj disku vrhá stín a ochlazuje tak materiál vnějšího disku. To má za následek pokles záření na delších vlnových délkách. Toto je přesně to, co jsme zjistili zpracováním našich dat,“ říká Elise Furlan, spoluautor z NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornie, USA.

Neviditelný průvodce hlavní hvězdy musí obíhat velmi blízko – přibližně jednu desetinu vzdálenosti Země od Slunce.
Astronomové plánují další pozorování pomocí velkých pozemních dalekohledů, aby zjistili, zda průvodce gravitačně „tahá“ za hvězdu dostatečně intenzivně, abychom si toho všimli (v podobě malých změn radiálních rychlostí) a objevili tak jeho přítomnost. Rovněž kosmická observatoř Spitzer bude pozorovat znovu  hvězdnou soustavu ve své prodloužené misi a bude zjišťovat, zda odhalené změny jsou periodické, jak by se očekávalo při oběhu průvodce.

„Pro astronomy je vzrušující dívat se na vesmírné jevy doslova v reálném čase,“ říká James Muzerolle. „Je to podobné, jako když biolog sleduje růst buněk v Petriho misce, s tím rozdílem, že v našem případě je zkoumaný vzorek několik světelných let daleko.“

Popis k obrázku:

Na kresbě v úvodu článku je zachycena hromada materiálu v protoplanetárním disku v okolí hvězdy. Astronomové použili kosmickou observatoř NASA s názvem Spitzer a zjistili, že průvodce hvězdy – další hvězda nebo planeta – by mohla stlačovat zdrojový materiál pro tvorbu planet dohromady, jak je naznačeno na publikované umělecké představě.

Planety vznikají v rotujícím disku v okolí hvězdy, který se skládá z prachu a plynu. Svojí gravitací mohou „vyřezávat cestičky“ nebo mezery v disku, zatímco se stávají větší a větší. Kosmický dalekohled Spitzer posloužil ke studiu disku v okolí hvězdy LRLL 31 v oboru infračerveného záření. Nová pozorování odhalila existenci vnitřní i vnější mezery v protoplanetárním disku.
Navíc data ukazují, že infračervené záření z disku kolísá v periodě kratší než jeden týden – což je velmi vzácný případ. Podle astronomů mohou být tyto změny způsobovány neviditelným průvodcem hvězdy (na tomto obrázku je zakreslený jako planeta na pozadí světlé vybouleniny). Jak průvodce obíhá kolem hvězdy, jeho gravitace způsobuje, že stěna vnitřního okraje disku je stlačena do podoby vybouleniny. Tato „boule“ rovněž obíhá kolem hvězdy, přičemž zastiňuje část vnějšího disku. Když se světlejší strana vybouleniny nachází za hvězdou a míří směrem k Zemi, může být pozorováno více infračerveného záření o kratších vlnových délkách (teplejší materiál blíže ke hvězdě produkuje infračervené záření o kratších vlnových délkách). Kromě toho stín, vrhaný vyvýšeným vnitřním okrajem disku může být příčinou poklesu infračerveného záření chladnější části disku na delších vlnových délkách. Opačný případ může nastat, když se vyvýšená část vnitřního disku nachází před hvězdou (při pohledu od Země) a jeho jasnější strana je před našimi zraky ukryta (míří ke hvězdě) – nastává pokles infračerveného záření na kratších vlnových délkách a jeho zvýšení na delších vlnových délkách. Přesně tak to vidí Spitzerův kosmický dalekohled.

Velikost vybouleniny a předpokládané planety byla přehnána z důvodu lepšího znázornění dynamiky soustavy.

Zdroj: http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2009-18/release.shtml

autor: František Martinek