Zkoumání vzniku planet pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu

Když Hubbleův vesmírný dalekohled HST před 35 lety zahájil provoz, byl motivován ambiciózními vědeckými cíli. Ze své pozice na nízké oběžné dráze Země byl HST připraven řešit základní otázky astronomie. Jeho úkolem bylo mimo jiné určovat velikost a stáří vesmíru, studovat vznik a vývoj galaxií a zkoumat kvasary a černé díry.

Jeho poslání zahrnovalo také studium charakteristik hvězd, jak se formují a vyvíjejí, a toho, jak se planety formují v protoplanetárních discích. Tato dvě témata jsou úzce propojena a pozorování z oběžné dráhy, bez rušení zemskou atmosférou, přispěla k pokroku, kterého vědci v těchto otázkách dosáhli.

Nová galerie snímků protoplanetárních disků kolem mladých hvězd pořízených Hubbleovým teleskopem ilustruje, jak HST stále dělá důležitý vědecký výzkum.

Mladé hvězdy vznikají v mračnech plynu, když v důsledku vyšší hustoty dochází k vytváření předhvězdného jádra. Nakonec gravitační kolaps promění jádro v protohvězdu. Okolní materiál je přitahován k protohvězdě a vytváří disk plynu a prachu. V raných fázích se disk často označuje jako cirkumstelární disk, ale když se v disku začnou tvořit planety, nazývá se protoplanetární disk.

Bez ohledu na to, jak ho nazýváme, disk je dynamické místo, silně ovlivněné povahou hvězdy, kterou obklopuje. A ten je zase součástí formování hvězdy.

Snímky z Hubbleova dalekohledu v úvodu článku ukazují čtyři protoplanetární disky ve viditelném světle, pořízené pomocí kamery Advanced Camera for Surveys (ACS) vesmírného dalekohledu. Na každém z nich jsou viditelné polární výtrysky plynu a také jasně osvětlené mlhoviny. Tmavý pás kolem každé hvězdy je stín, který disky vrhají na mlhovinu. HH 390 není vidět z boku a je viditelná pouze jedna strana její mlhoviny. Tau 042021 je vidět z boku a nachází se v pozdější fázi vývoje. Její prachová zrna se shlukla do větších zrn. HH 48 je dvojhvězda a gravitační síla větší hvězdy tvaruje disk kolem jejího méně hmotného partnera. ESO Hα574 je mnohem kompaktnější disk a má vysoce kolimovaný výtrysk s lineárním proudem.

Když je materiál přitahován k protohvězdě, má určitý moment hybnosti. Tento moment hybnosti způsobuje, že se disk otáčí kolem hvězdy. Po stovky tisíc let materiál z disku dopadá na hvězdu, dochází k tzv. akreci. Jednou z mezer v teorii akrečního disku je, jak materiál padá z disku do hvězdy. Astrofyzici si stále nejsou jisti, jak se to děje.

Stadium protohvězdy je také charakterizováno polárními výtrysky. Jak materiál padá směrem ke hvězdě, ne všechen se na ni usazuje. Část materiálu je směrována podél siločar magnetického pole hvězdy a vyvrhován v protilehlých výtryscích z pólů hvězdy. Tento materiál se pohybuje rychle a dosahuje rychlosti několika stovek km za sekundu. Když se výtrysky v okolním vesmíru srazí do shluků, materiál se rozzáří. Někdy výtrysky vytvářejí Herbig-Haro objekty, přechodné jevy, které trvají jen několik desítek tisíc let.

Infračervené snímky ukazují jasné protohvězdy, přestože jsou obklopeny prachem. Prach absorbuje světlo hvězd a poté ho znovu vyzařuje v infračerveném spektru, což umožňuje Hubbleovu teleskopu hvězdy vidět. Výtrysky jsou stále přítomny a Hubbleova infračervená kamera je nedokáže detekovat.

Tyto infračervené snímky protoplanetárních disků byly pořízeny v infračervené oblasti pomocí kamery Wide Field Camera 3 (WFC-3) na Hubbleově teleskopu. Jedná se o nejvýkonnější kameru vesmírného dalekohledu, která dokáže pozorovat v optickém, UV a části infračerveného spektra. Zobrazuje tři jasné protohvězdy a jejich prachové disky. Všimněte si, že výtrysky nejsou na těchto snímcích viditelné. HOPS 150, V2764 Orionis a HOPS 179 se nacházejí v komplexu molekulárního mračna v Orionu. PERSEUS eHOPS-per-52 a hvězda v pravém dolním panelu se nacházejí v komplexu molekulárního mračna Perseus.

Když byl vypuštěn JWST, měl podobně ambiciózní seznam vědeckých témat. Zrození hvězd a planetárních systémů bylo jedním z nich a pozoroval také protohvězdy, protoplanetární disky a výtrysky (tzv. jety). Výzkum z roku 2024 založený na pozorováních JWST ukázal, že některé mladé protohvězdy vykazují vrstevnaté struktury větru a že vnitřní výtrysky byly obklopeny vnějšími kuželovitými výtrysky.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/exploring-where-planets-form-with-the-hubble-space-telescope

autor: František Martinek