Webbův vesmírný dalekohled zachytil blízký planetární systém v dechberoucích detailech

Úvodní obrázek ukazuje, jak spolu souvisí součásti systému drobných částic v okolí hvězdy Fomalhaut. Pozorování provedená pomocí radioteleskopu Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) odhalují zrna velikosti písku, která obíhají kolem hvězdy a drolí se (zobrazeno červeně). Výsledné jemnozrnné částice, sledované Hubbleovým vesmírným dalekohledem HST a zde znázorněné modře, jsou vyfukovány z vnějšího prstence fotony proudícími z hvězdy. Přístroj MIRI na vesmírném teleskopu JWST poskytuje úplný obraz tím, že odhaluje teplý prach vyplňující vnitřní část systému Fomalhaut (oranžová barva). Tento prach je organizován do druhého prstence, což naznačuje přítomnost jedné nebo více planet poblíž.

Nový snímek jasné blízké hvězdy Fomalhaut z Webbova vesmírného dalekohledu odhaluje dosud nevídané detaily včetně prstenců prachu, které naznačují vliv neviditelných planet. Tým vedený astronomy z University of Arizona použil vesmírný teleskop Jamese Webba k zobrazení teplého prachu kolem mladé hvězdy Fomalhaut ke studiu prvního pásu asteroidů, který byl kdy pozorován mimo Sluneční soustavu v infračerveném světle. Obrázek ukazuje vnořené soustředné prstence prachu, z nichž některé nebyly nikdy předtím pozorovány. Tyto pásy jsou s největší pravděpodobností ovlivněny gravitačními silami neviditelných planet.

K překvapení astronomů jsou prašné struktury mnohem složitější než asteroidy a prachový Kuiperův pás Sluneční soustavy. Existují zde tři prstence táhnoucí se do vzdálenosti 23 miliard kilometrů od hvězdy. Rozsah nejvzdálenějšího pásu je zhruba dvakrát větší než rozsah Kuiperova pásu Sluneční soustavy, který se skládá z malých těles a studeného prachu za Neptunem, nejvzdálenější známou planetou. Webbův teleskop poprvé odhalil vnitřní pás v systému Fomalhaut – který nikdy předtím nebyl pozorován. Výsledky byly zveřejněny 8. května 2023 v časopise Nature Astronomy.

Prstence obepínají mladou horkou hvězdu, která je od Země vzdálena asi 25 světelných let a lze ji spatřit pouhým okem jako nejjasnější hvězdu v jižním souhvězdí Piscis Austrinus (Jižní ryba). Prašné prstence jsou úlomky ze vzájemných srážek větších těles, podobných asteroidům a kometám, a jsou často popisovány jako disky drobných těles. Astronomové poprvé objevili Fomalhautův disk v roce 1983. Nikdy se však nenaskytl pohled tak velkolepý – nebo tak odhalující – jako pohled Webbova teleskopu.

Publikovaný obrázek vpravo ukazuje charakteristiky systému Fomalhaut, včetně vnitřního a vnějšího pásu asteroidů. „Velký oblak prachu“ je zvýrazněn a výřezy jej ukazují ve dvou infračervených vlnových délkách 23 a 25,5 mikronů. Měřítko je označeno v astronomických jednotkách, což je průměrná vzdálenost mezi Zemí a Sluncem, neboli 150 milionů kilometrů. Vnější prstenec zabírá asi 240 vzdáleností Země-Slunce.

„Fomalhaut bych popsal jako archetyp disků drobných těles a prachu nalezených jinde v naší Galaxii, protože má složky podobné těm, které máme v našem vlastním planetárním systému,“ řekl hlavní autor studie András Gáspár, asistent astronoma na Steward Observatory v Arizoně. „Když se podíváme na charakteristiky v těchto prstencích, můžeme začít dělat malý náčrt toho, jak by měl planetární systém vypadat – pokud bychom skutečně mohli pořídit dostatečně hluboký snímek, abychom viděli podezřelé planety.“

Myšlenka protoplanetárního disku kolem hvězdy sahá až do konce 18. století, kdy astronomové Immanuel Kant a Pierre-Simon Laplace nezávisle vyvinuli teorii, že Slunce a planety vznikly z rotujícího oblaku plynu, který se vlivem gravitace zhroutil a zploštil. Disky drobných úlomků se vyvinou později, po formování planet a jakmile se prvotní plyn rozptýlí. Když se malá tělesa, jako jsou asteroidy, srazí, jejich povrchy se rozdrtí na obrovská mračna prachu a drobných úlomků. Pozorování prachu poskytuje jedinečná vodítka ke struktuře exoplanetárního systému, který zasahuje až k planetám velikosti Země a dokonce i asteroidům, které jsou příliš malé na to, aby je bylo možné vidět jednotlivě.

Ostré snímky nejvzdálenějšího pásu kolem Fomalhautu byly již dříve pořízeny Hubbleovým vesmírným dalekohledem, Herschelovou vesmírnou observatoří a pomocí radioteleskopu Atacama Large Millimeter/submilimeter Array neboli ALMA. Žádný z nich však uvnitř nenašel žádnou strukturu. Vnitřní prstence byly poprvé zobrazeny Webbovým teleskopem v infračerveném světle.

„Webbův teleskop skutečně exceluje v tom, že jsme schopni fyzicky rozlišit tepelné záření prachu v těchto vnitřních oblastech,“ řekl Schuyler Wolff, odborný asistent výzkumu na Steward Observatory a spoluautor článku. „Takže můžeme vidět vnitřní pásy, které jsme nikdy předtím neviděli.“ HST, ALMA a Webbův teleskop se spojily, aby sestavily holistický pohled na disky drobných částic kolem řady hvězd.

„S HST a radioteleskopem ALMA jsme byli schopni zobrazit spoustu analogů Kuiperova pásu a naučili jsme se spoustu o tom, jak se formují a vyvíjejí vnější disky,“ řekl Wolff. „Ale potřebujeme JWST, aby nám umožnil zobrazit asi tucet pásů asteroidů u jiných hvězd.“ O vnitřních teplých oblastech těchto disků se můžeme dozvědět právě tolik, jako nás HST a ALMA naučily o chladnějších vnějších oblastech. Tyto pásy jsou s největší pravděpodobností tvarovány gravitačními silami neviditelných planet. Podobně, uvnitř naší Sluneční soustavy, Jupiter ohradil pás asteroidů; vnitřní okraj Kuiperova pásu je tvarován Neptunem a vnější okraj by mohl být chráněn dosud neviditelnými tělesy za ním. Jak Webbův teleskop zobrazuje více systémů, astronomové získávají podrobnější znalosti o konfiguracích svých planet.

„Disky kolem Fomalhautu jsou jakýmsi záhadným románem: Kde jsou planety?“ řekl člen týmu George Rieke, profesor astronomie na univerzitě v Arizoně, který funguje jako vedoucí americké vědy pro Webbův Mid-Infrared Instrument neboli MIRI, který provedl tato pozorování. „Myslím, že to není moc velká odvaha říct, že kolem hvězdy je pravděpodobně opravdu zajímavý planetární systém.“

„Rozhodně jsme neočekávali složitější strukturu s druhým středním pásem a poté širším pásem asteroidů,“ dodal Wolff. „Tato struktura je velmi vzrušující, protože kdykoli astronom uvidí mezeru a prstence v disku, řekne: 'Mohla by tam být přítomna planeta, která tvaruje prstence'.“

Webbův teleskop také zobrazil to, co Gáspár nazývá „velký oblak prachu“, což může být důkazem srážky, ke které došlo ve vnějším prstenci mezi dvěma protoplanetárními tělesy. Jedná se o odlišný útvar od předpokládané planety, kterou poprvé viděl uvnitř vnějšího prstence HST v roce 2008. Následná pozorování HST provedená Gáspárovým týmem ukázala, že do roku 2014 objekt zmizel. Pravděpodobná interpretace je, že tento nově objevený útvar, stejně jako ten předchozí, je rozpínající se oblak velmi jemných prachových částic ze dvou ledových těles, která do sebe narazila.

Zdroj: https://scitechdaily.com/webb-space-telescope-captures-nearby-planetary-system-in-breathtaking-detail/

autor: František Martinek