Soustava prstenců kolem mladé hvězdy TW Hydrae

Koncept výtvarného umělce v úvodu tohoto článku je založen na snímcích disků plynu a prachu kolem mladé hvězdy TW Hydrae pořízených pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu HST. Fotografie ukazují stíny táhnoucí se přes disky obklopující tento systém. Interpretace je taková, že tyto stíny pocházejí z mírně nakloněných vnitřních disků, které blokují světlo hvězdy v dosahu vnějšího disku, a proto vrhají stín. Disky jsou k sobě mírně nakloněny v důsledku gravitační síly neviditelných planet, které deformují strukturu disků.

Mladá hvězda TW Hydrae si hraje na „stínové loutky“ s vědci, kteří ji pozorují pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu. V roce 2017 astronomové oznámili, že objevili stín táhnoucí se po tváři obrovského disku z plynu a prachu, který obklopuje hvězdu typu červeného trpaslíka. Stín nepochází z planety, ale z vnitřního disku mírně nakloněného vzhledem k mnohem většímu vnějšímu disku, což způsobuje, že vrhá stín. Jedním z vysvětlení je, že gravitace neviditelné planety přitahuje prach a plyn na nakloněnou dráhu.

Nyní se po uplynutí několika let mezi pozorováními uloženými v archivu Hubbleova teleskopu objevil druhý stín. Mohlo by to být z jiného disku usazeného v systému. Tyto dva disky jsou pravděpodobně důkazem dvojice formujících se planet.

TW Hydrae je méně než 10 milionů let stará a nachází se asi 200 světelných let daleko. Ve svých počátcích, asi před 4,6 miliardami let, se naše Sluneční soustava mohla podobat systému TW Hydrae. Vzhledem k tomu, že systém TW Hydrae je nakloněn téměř čelem k našemu pohledu ze Země, je optimálním cílem pro získání výhledu na planetární soustavu z přímého pohledu.

Druhý stín byl objeven při pozorováních provedených 6. června 2021 v rámci víceletého programu určeného ke sledování stínů na cirkumstelárních discích. John Debes z AURA/STScI pro Evropskou kosmickou agenturu ve Space Telescope Science Institute v Baltimoru, Maryland, porovnal disk TW Hydrae s pozorováními HST provedenými před několika lety.

„Zjistili jsme, že stín udělal něco zajímavého,“ řekl John Debes, hlavní výzkumník a hlavní autor studie publikované v The Astrophysical Journal . „Když jsem se poprvé podíval na data, myslel jsem si, že se s pozorováním něco pokazilo, protože to nebylo to, co jsem očekával. Zpočátku jsem byl zmatený a všichni moji spolupracovníci si říkali: co se děje? Opravdu jsme se museli poškrábat na hlavě a chvíli nám trvalo, než jsme skutečně přišli na vysvětlení.“

Nejlepší řešení, se kterým tým přišel, je, že existují dva vůči sobě navzájem skloněné disky vrhající stíny. Při dřívějším pozorování byly tak blízko u sebe, že jim unikly. Postupem času se nyní oddělily a rozdělily do dvou stínů. „Nikdy jsme to u protoplanetárního disku opravdu neviděli. Díky tomu je systém mnohem složitější, než jsme si původně mysleli,“ řekl Debes.

Nejjednodušším vysvětlením je, že nesouosé disky jsou pravděpodobně způsobeny gravitační silou dvou planet v mírně odlišných orbitálních rovinách. HST tak dává dohromady porovnávací pohled na architekturu tohoto systému.

Srovnávací snímky z Hubbleova vesmírného dalekohledu, pořízené s odstupem několika let, odkryly dva stíny pohybující se proti směru hodinových ručiček přes disk plynu a prachu obklopující mladou hvězdu TW Hydrae. Disky jsou nakloněny čelem k Zemi a astronomům tak poskytují pohled z ptačí perspektivy na to, co se kolem hvězdy děje. Levý snímek pořízený v roce 2016 ukazuje pouze jeden stín [A] v pozici 11 hodin. Tento stín vrhá vnitřní disk, který je mírně nakloněn k vnějšímu disku, a tak blokuje světlo hvězdy. Obrázek vpravo ukazuje druhý stín, který se vynořil z dalšího vnořeného disku [C] v pozici 7 hodin, jak bylo vyfotografováno v roce 2021. Původní vnitřní disk je na tomto pozdějším pohledu označen [B]. Stíny rotují kolem hvězdy různou rychlostí jako ručičky na hodinách. Jsou důkazem dvou neviditelných planet, které na své oběžné dráhy ovlivnily přítomný prach. Díky tomu jsou k sobě mírně nakloněny. Toto je fotografie ve viditelném světle pořízená pomocí spektrografu Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS). Byla přidána umělá barva pro vylepšení detailů.

„Naznačuje to, že obě planety musí být poměrně blízko u sebe. Pokud by se jedna pohybovala mnohem rychleji než druhá, bylo by to zaznamenáno v dřívějších pozorováních. Je to jako dvě závodní auta, která jsou blízko sebe, ale jedno pomalu předjíždí druhé,“ řekl Debes.

Podezřelé planety se nacházejí v oblasti zhruba ve vzdálenosti Jupitera od našeho Slunce. A stíny dokončí jednu rotaci kolem hvězdy přibližně každých 15 let – což je oběžná doba, která by se dala očekávat v dané vzdálenosti od hvězdy. Také tyto dva vnitřní disky jsou nakloněny o pět až sedm stupňů vzhledem k rovině vnějšího disku. To je srovnatelné s rozsahem sklonů oběžných drah uvnitř naší Sluneční soustavy. „To je v souladu s typickou architekturou Sluneční soustavy,“ řekl Debes.

Vnější disk, na který stíny dopadají, může dosahovat až několikanásobku poloměru Kuiperova pásu Sluneční soustavy. Tento větší disk má podivnou mezeru ve dvojnásobné průměrné vzdálenosti Pluta od Slunce. To by mohl být důkaz pro třetí planetu v systému.

Jakékoli vnitřní planety by bylo obtížné detekovat, protože jejich světlo by se ztratilo v záři hvězdy. Také prach v systému by ztlumil jejich odražené světlo. Vesmírná observatoř ESA s názvem Gaia může být schopna změřit kolísání polohy hvězdy, pokud ji gravitačně ovlivňují planety o hmotnosti Jupitera, ale vzhledem k dlouhým oběžným periodám by to trvalo roky.

Zdroj: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/hubble-follows-shadow-play-around-planet-forming-disk

autor: František Martinek