Jeden z najgorętszych obecnie tematów astrofizycznych - polowanie na planety podobne do Ziemi wokół innych gwiazd - właśnie otrzymał ważny impuls z nowych obserwacji spektralnych za pomocą instrumentu MIDI w interferometrze ESO VLT (VLTI).
Międzynarodowy zespół astronomów [2] uzyskał unikalne widma w podczerwieni pyłu w najgłębszych regionach protoplanetarnych dysków wokół trzech młodych gwiazd - obecnie w stanie prawdopodobnie bardzo podobnym do tego w trakcie tworzenia naszego Układu Słonecznego, około 4500 milion lat temu.
Raporty w tym tygodniu w czasopiśmie naukowym Nature oraz dzięki niezrównanemu, ostremu i przenikliwemu widokowi interferometrii pokazują, że we wszystkich trzech odpowiednich składnikach są obecne w odpowiednim miejscu, aby rozpocząć tworzenie się skalistych planet na tych gwiazdach.
„Piasek” w wewnętrznych obszarach tarcz gwiezdnych
Słońce narodziło się około 4500 milionów lat temu z zimnej i masywnej chmury międzygwiezdnego gazu i pyłu, która zapadła się pod wpływem własnego przyciągania grawitacyjnego. Wokół młodej gwiazdy obecny był zakurzony dysk, w którym później powstały Ziemia i inne planety, a także komety i asteroidy.
Ta epoka dawno minęła, ale wciąż możemy być świadkami tego samego procesu, obserwując emisję podczerwieni z bardzo młodych gwiazd i zakurzonych krążków protoplanetarnych wokół nich. Dotychczas jednak dostępne oprzyrządowanie nie pozwalało na badanie rozmieszczenia różnych składników pyłu w takich dyskach; nawet najbliżsi znani są zbyt daleko, aby najlepsze pojedyncze teleskopy je rozwiązały. Ale teraz, jak Francesco Paresce, Project Scientist dla interferometru VLT i członek zespołu ESO wyjaśnia: „Dzięki VLTI możemy łączyć światło z dwóch dobrze oddzielonych dużych teleskopów, aby uzyskać niespotykaną rozdzielczość kątową. To pozwoliło nam po raz pierwszy zajrzeć bezpośrednio w najbardziej wewnętrzny obszar dysków wokół niektórych młodych gwiazd w pobliżu, w miejscu, w którym spodziewamy się, że planety takie jak nasza Ziemia formują się lub wkrótce utworzą ”.
W szczególności nowe obserwacje interferometryczne trzech młodych gwiazd przeprowadzone przez międzynarodowy zespół [2], wykorzystujące połączoną moc dwóch 8,2-metrowych teleskopów VLT oddalonych o sto metrów od siebie, osiągnęły wystarczającą ostrość obrazu (około 0,02 sekundy kątowej) do pomiaru emisji podczerwieni z wewnętrzny obszar dysków wokół trzech gwiazd (odpowiadający w przybliżeniu wielkości orbity Ziemi wokół Słońca) i emisja z zewnętrznej części tych dysków. Odpowiednie widma w podczerwieni dostarczyły kluczowych informacji o składzie chemicznym pyłu w dyskach, a także o średniej wielkości ziarna.
Te pionierskie obserwacje pokazują, że wewnętrzna część dysków jest bardzo bogata w krystaliczne ziarna krzemianu („piasek”) o średniej średnicy około 0,001 mm. Powstają w wyniku koagulacji znacznie mniejszych, bezpostaciowych ziaren pyłu, które były wszechobecne w chmurze międzygwiezdnej, która dała początek gwiazdom i ich dyskom.
Obliczenia modelowe pokazują, że ziarna krystaliczne powinny być obficie obecne w wewnętrznej części dysku w czasie formowania się Ziemi. W rzeczywistości meteoryty w naszym Układzie Słonecznym składają się głównie z tego rodzaju krzemianu.
Holenderski astronom Rens Waters, członek zespołu z Instytutu Astronomicznego Uniwersytetu w Amsterdamie, jest entuzjastycznie nastawiony: „Po wprowadzeniu wszystkich składników i rozpoczęciu tworzenia się większych ziaren z pyłu, powstają coraz większe kawałki kamienia i wreszcie planety ziemskie z tych dysków są prawie nieuniknione! ”
Przekształcanie ziaren
Od pewnego czasu wiadomo, że większość pyłu w dyskach wokół nowonarodzonych gwiazd składa się z krzemianów. W chmurze urodzeniowej pył ten jest bezpostaciowy, tzn. Atomy i cząsteczki tworzące ziarenko pyłu są składane w chaotyczny sposób, a ziarna są puszyste i bardzo małe, zwykle o wielkości około 0,0001 mm. Jednak w pobliżu młodej gwiazdy, gdzie temperatura i gęstość są najwyższe, cząsteczki pyłu w dysku okołogwiazdowym mają tendencję do zlepiania się, dzięki czemu ziarna stają się większe. Co więcej, pył jest ogrzewany przez promieniowanie gwiezdne, co powoduje, że cząsteczki w ziarnach układają się ponownie w geometryczne (krystaliczne) wzory.
W związku z tym pył w obszarach dysku znajdujących się najbliżej gwiazdy wkrótce przekształca się z „nieskazitelnych” (małych i bezpostaciowych) w „przetworzone” (większe i krystaliczne) ziarna.
Obserwacje spektralne ziaren krzemianu w regionie o średniej długości fali w podczerwieni (około 10? M) pokażą, czy są one „nieskazitelne”, czy „przetworzone”. Wcześniejsze obserwacje dysków wokół młodych gwiazd wykazały obecność mieszanki nieskazitelnego i przetworzonego materiału, ale jak dotąd nie można było stwierdzić, gdzie znajdują się różne ziarna w dysku.
Dzięki stukrotnemu wzrostowi rozdzielczości kątowej za pomocą VLTI i bardzo czułego instrumentu MIDI szczegółowe widma w podczerwieni różnych obszarów krążków protoplanetarnych wokół trzech nowonarodzonych gwiazd, mających zaledwie kilka milionów lat, pokazują teraz, że pył blisko gwiazda jest znacznie bardziej przetworzona niż pył w obszarach zewnętrznych dysków. W dwóch gwiazdach (HD 144432 i HD 163296) pył w dysku wewnętrznym jest dość przetwarzany, podczas gdy pył w dysku zewnętrznym jest prawie nieskazitelny. W trzeciej gwiazdce (HD 142527) pył jest przetwarzany na całym dysku. W środkowej części tego krążka jest wyjątkowo przetwarzany, co jest zgodne z całkowicie krystalicznym pyłem.
Ważnym wnioskiem z obserwacji VLTI jest zatem to, że bloki budulcowe planet podobnych do Ziemi od samego początku są obecne w dyskach okołoziemskich. Ma to ogromne znaczenie, ponieważ wskazuje, że planety typu ziemskiego (skalistego), takie jak Ziemia, najprawdopodobniej dość często występują w układach planetarnych, także poza Układem Słonecznym.
Nieskazitelne komety
Obecne obserwacje mają również implikacje dla badania komet. Niektóre - być może wszystkie - komety w Układzie Słonecznym zawierają zarówno nieskazitelny (amorficzny), jak i przetworzony (krystaliczny) pył. Komety zdecydowanie powstały w dużych odległościach od Słońca, w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego, gdzie zawsze było bardzo zimno. Nie jest zatem jasne, w jaki sposób przetworzone ziarna pyłu mogą dostać się do komet.
W jednej teorii przetworzony pył jest transportowany na zewnątrz z młodego Słońca przez turbulencje w dość gęstym dysku okołsolarnym. Inne teorie twierdzą, że przetworzony pył w kometach był wytwarzany lokalnie w zimnych regionach przez znacznie dłuższy czas, być może przez fale uderzeniowe lub błyskawice w dysku lub przez częste zderzenia między większymi fragmentami.
Obecny zespół astronomów stwierdza teraz, że pierwsza teoria jest najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem obecności przetworzonego pyłu w kometach. Oznacza to również, że długie komety, które czasami odwiedzają nas z zewnętrznych obszarów naszego Układu Słonecznego, są naprawdę nieskazitelnymi ciałami, datowanymi na epokę, w której Ziemia i inne planety jeszcze się nie uformowały.
Badania takich komet, zwłaszcza wykonywane na miejscu, zapewnią zatem bezpośredni dostęp do oryginalnego materiału, z którego powstał układ słoneczny.
Więcej informacji
Wyniki przedstawione w niniejszym ESO PR zostały przedstawione bardziej szczegółowo w artykule badawczym „Elementy budulcowe planet w„ ziemskim ”regionie dysków protoplanetarnych” autorstwa Roy van Boekela i współautorów (Nature, 25 listopada 2004 r.). Obserwacji dokonano w trakcie programu demonstracyjnego ESO dotyczącego wczesnej nauki.
Notatki
[1]: Niniejsza informacja prasowa ESO została wydana we współpracy z Astronomical Institute of University of Amsterdam, Holandia (NOVA PR) i Max-Planck-Institut f? R Astronomie (Heidelberg, Niemcy (MPG PR).
[2]: W skład zespołu wchodzą Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik i Alex de Koter (Astronomical Institute, University of Amsterdam, Holandia), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K. ? hler i Frank Przygodda (Max-Planck-Institut z? Astronomie, Heidelberg, Niemcy), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Sch? ller i Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe i Jeroen de Jong (Obserwatorium Leiden) , Holandia), Anne Dutrey i Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Francja), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote d'Azur, Nicea, Francja), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Francja) i Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut f? R Radioastronomie, Bonn, Niemcy).
[3]: Instrument MIDI jest wynikiem współpracy instytutów niemieckiego, holenderskiego i francuskiego. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz ESO PR 17/03 i ESO PR 25/02.
Oryginalne źródło: ESO News Release
