Spirálovitá struktura disku potvrzuje vznik planet

Skupina astrofyziků na University of Cambridge, jejímiž vedoucími byli Farzana Meru a Attila Juhász, použila teoretické modely k určení původu nápadných velkorozměrových spirálních útvarů obklopujících blízkou hvězdu. Mladé hvězdy jsou obklopeny hustými protoplanetárními disky z plynů a prachu a uvnitř těchto disků vznikají planety. Jak planety vznikají, je obtížné určit na základě samotných pozorování, neboť z našeho pohledu jsou přesné detaily procesu ukryté.

V uplynulém roce astronomové použili mimořádně citlivý radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimeter Array) umístěný v Chile k pozorování mladé hvězdy Elias 2-27, staré pouhý jeden milión roků. Pozorování vedla přímo k rozlišení disku kolem mladé hvězdy a ukázala něco velmi překvapujícího – spíše než existenci hladkého disku obrázek ukázal dvě nápadná spirální ramena, každé rozvinuté do délky přibližně desetkrát větší, než je vzdálenost mezi Sluncem a Neptunem v naší Sluneční soustavě.

„Tato obdivuhodná pozorování hvězdy Elias 2-27 okamžitě zažehla četné diskuse v našem vědeckém týmu o tom, co mohlo způsobit vznik spirálních ramen,“ říká Farzana Meru z Institute of Astronomy. Farzana Meru a její spolupracovníci diskutovali o použití teoretických modelů k výzkumu, co se může dít v okolí hvězdy Elias 2-27.

Nicméně to nebyl tak snadný úkol. Výzkum zahrnoval uskutečnění mnoha počítačových simulací k vyřešení složitých výpočtů, jak plyn obíhá v disku a jak je zahříván zářením centrální hvězdy. „Provedení simulací by zabralo tisíce hodin na vašich průměrných přenosných počítačích, ale naštěstí jsme byli schopni použít vyhrazené superpočítače a několik chytrých triků k urychlení výpočtů,“ říká Attila Juhász, rovněž z Institute of Astronomy.

Farzana Meru se svými spolupracovníky ukázala dvě možnosti původu spirálních struktur; obě mají bezprostřední důsledky. První je, že disk kolem hvězdy Elias 2-27 může být tak hmotný, že jeho vlastní gravitace přirozeně způsobuje vytváření spirál. Tyto disky nikdy nebyly pozorované dříve a Elias 2-27 může být prvním takovým pozorováním. Nicméně astronomové objevili, že spirály mohou být vytvořeny i jiným způsobem – působením planet ve vnější části disku.

„Za prvé jsme byli poněkud zklamáni zjištěním, že žádný jednoduchý mechanismus nebyl schopen vytvořit spirální strukturu,“ říká John Ilee, spoluautor studie. „Ale potom jsme objevili, že hmotnost planety požadovaná k vytváření spirál byla obrovská – téměř 10 hmotností planety Jupiter – a že bylo velmi nepravděpodobné, aby tradiční metody vzniku planet byly schopny vytvořit takto hmotný objekt.“

Tyto „tradiční metody“ vzniku planet vyžadují pomalé pozvolné kolize a srážky malinkých prachových zrníček uvnitř disku. Slepením dostatečného množství prachových zrníček do podoby oblázků, následně do velkých balvanů, a jak proces pokračuje, nakonec se zformují objekty velikosti planet postupným procesem známým jako akrece.

„Mladá hvězda Elias 2-27 prostě neměla dostatek času k vytvoření planet požadované hmotnosti prostřednictvím klasické akrece,“ říká Farzana Meru. „Jedna z možností vytvoření takové planety tak rychle by byla, že určitá oblast disku se smršťuje v důsledku gravitačního hroucení a vytváří tímto způsobem jednu nebo více planet.“

Zdá se, že za vysvětlením spirál u hvězdy Elias 2-27 může být vznik planet prostřednictvím procesu, který se dříve zdál být vzácný.

Vědecký článek byl publikován v The Astrophysical Journal Letters.

Zdroj: http://www.ast.cam.ac.uk/content/spiralling.signatures.planet.formation a http://aasnova.org/2017/04/19/what-shaped-elias-2-27s-disk/

autor: František Martinek