370 lat świetlnych od nas układ słoneczny tworzy planety dla dzieci. Gwiazda w centrum tego wszystkiego jest młoda, ma zaledwie około 6 milionów lat. A jego dzieci to dwie ogromne planety, prawdopodobnie oba gazowe olbrzymy, żywiące się materią gazową z dysku okrężnego gwiazdy.
Gwiazda-gospodarz w tym układzie nosi nazwę PDS 70. PDS 70 jest nieco mniejszy i mniej masywny niż nasze Słońce i wciąż akretuje materię. Ta młoda gwiazda jest gwiazdą T Tauri, co w gruncie rzeczy oznacza, że są bardzo młode i dopiero zaczynają życie. Ponieważ jest tak młody, planety wciąż kształtują się wokół niego. A obserwowanie, że powstające planety wciąż się formują, jest czymś, w co astronomowie dopiero zaczynają się dobrze.
„To pierwsze jednoznaczne wykrycie układu dwóch planet, który wycina szczelinę dyskową.”
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
To, co sprawia, że zdjęcia tych młodych, wciąż kształtujących się planet są interesujące, to fakt, że są one dowodami na poparcie naszej od dawna teorii, jak kształtują się planety w młodych układach słonecznych. Ta teoria nazywa się hipotezą mgławicową i istnieje od dziesięcioleci, ale bez dowodów obserwacyjnych na poparcie jej.
Hipoteza mgławicowa
Gwiazdy powstają z masywnych chmur głównie wodoru, zwanych chmurami molekularnymi. Chmury molekularne są niestabilne grawitacyjnie, a gaz ma tendencję do zlepiania się. W końcu jedna z tych kęp zaczyna się śnieżkami i staje się coraz większa. Kiedy to robi, chmura spłaszcza się jak naleśnik i zaczyna się obracać, a kiedy centralna kępa staje się wystarczająco gęsta, zapala się w fuzję i rodzi się gwiazda. Wiele gwiazd znajduje się w układach podwójnych, gdy dwie gwiazdy powstają z chmury molekularnej.
Ale gwiazda w centrum nie jest jedyną grudką. Inne, mniejsze grudki tworzą się w obracającym się gazie i mogą formować się w planety. Niektóre planety gazowe, takie jak Jowisz i Saturn w naszym Układzie Słonecznym, mogą stać się naprawdę duże. (Astronomowie czasami nazywają Jowisza i Saturna „gwiazdami nieudanymi”, ponieważ byli w drodze do stania się gwiazdami, ale nie byli w stanie się tam dostać.)
Gdybyś mógł tam zamrozić proces, zobaczyłbyś młodą gwiazdę pośrodku płaskiej, wirującej chmury gazu. Ale w gazie zobaczylibyście szczeliny w kształcie pierścieni, w których planety są zajęte zamiataniem materiału i stawaniem się, cóż, planetami. Ten proces nazywa się akrecją. I nie jest już chmurą molekularną, teraz nazywa się ją „dyskiem protoplanetarnym”, ponieważ jest to kształt dysku i tworzą się w nim protoplanety.
I dokładnie to widzą astronomowie.
Widząc rzeczywiste planety
Fajne w tych nowych obrazach jest to, że nie tylko widzimy luki i pierścienie sygnalizujące obecność planety, ale także same planety. I dopiero po raz drugi na pewno widzieliśmy, jak system dwóch planet robi luki w dysku. (System czteroplanetowy o nazwie HR 8799 został zobrazowany w 2008 roku.)
„Byliśmy bardzo zaskoczeni, gdy znaleźliśmy drugą planetę.”
Sebastiaan Haffert, główny autor, Obserwatorium w Leiden.
„To pierwsze jednoznaczne wykrycie układu dwóch planet, który wycina szczelinę dyskową”, powiedział Julien Girard z Space Telescope Science Institute w Baltimore, Maryland.
W tym nowym badaniu, opublikowanym w numerze Nature Astronomy z 3 czerwca, zespół astronomów wykorzystał spektrograf MUSE na bardzo dużym teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego (VLT).
Zaglądanie do dysku protoplanetarnego jest trudnym zadaniem. Gwiazda jest nie tylko naprawdę jasna, dominuje na obrazie, ale cały gaz i pył na dysku mogą blokować światło pochodzące z formujących się planet. Instrument MUSE ma moc do pewnego rodzaju zablokowania światła emitowanego przez wodór w chmurze, co jest oznaką akrecji wodoru na wciąż formujące się planety.
„Byliśmy bardzo zaskoczeni, gdy znaleźliśmy drugą planetę” - powiedział Sebastiaan Haffert z Leiden Observatory, główny autor artykułu.
„Dzięki takim urządzeniom jak ALMA, Hubble lub duże naziemne teleskopy optyczne z adaptacyjną optyką widzimy dyski z pierścieniami i szczelinami. Pytanie otwarte: czy są tam planety? W takim przypadku odpowiedź brzmi „tak” - wyjaśnił Girard.
Zespół zauważył planetę o nazwie PDS 70c. (Inna planeta w tym samym systemie, zwana PDS 70b, została po raz pierwszy zauważona około roku temu).
Nowa planeta, PDS 70c, znajduje się w pobliżu zewnętrznej krawędzi dysku i znajduje się około 3,3 miliarda mil od gwiazdy. To mniej więcej taka sama odległość, jaką Neptun dzieli od Słońca. Astronomowie mają tylko wstępne szacunki masy planety, ale szacują, że PDS 70c jest od 1 do 10 razy masywniejszy niż Jowisz.
Odkryta wcześniej planeta, PDS 70b, znajduje się około 2 miliardów mil od gwiazdy, mniej więcej tak samo jak Uran w naszym Układzie Słonecznym. Jego masa jest od 4 do 17 razy większa od masy Jowisza.
Teraz czekamy. Do teleskopu Jamesa Webba
Wykonywanie zdjęć tych młodych egzoplanet jest dla spektrografu MUSE rodzajem szczęśliwego wypadku. Instrument został pierwotnie opracowany do badania galaktyk i gromad gwiazd. Ale jak się okazuje, jest dobry w wykrywaniu egzoplanet w procesie formowania. Ten wypadek pomógł przenieść hipotezę mgławicową z hipotezy do przyjętej teorii.
„Ten nowy tryb obserwacji został opracowany do badania galaktyk i gromad gwiazd w wyższej rozdzielczości przestrzennej. Ale ten nowy tryb sprawia, że nadaje się również do obrazowania egzoplanetowego, co nie było oryginalnym sterownikiem naukowym dla instrumentu MUSE ”- powiedział Haffert.
W przyszłości (przyszłość, która wciąż się opóźnia) Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) przyspieszy badania młodych planet tworzących się na tych dyskach. Po niekończącym się oczekiwaniu na ten zaawansowany teleskop kosmiczny jego moc powinna pozwolić astronomom na zetknięcie się z bardzo określonymi długościami fal światła emitowanymi przez akrecję wodoru.
Oznacza to, że naukowcy będą mogli zmierzyć temperaturę gazowego wodoru w dysku, a także jego gęstość. Znajomość obu tych rzeczy pomoże nam naprawdę zrozumieć, jak powstają planety gazowe.
Ale na razie przynajmniej mamy zdjęcia planet, a kiedy astronomowie spoglądają w galaktykę i widzą te młode układy gwiezdne oraz luki w dyskach, mogą być pewni, że rzeczywiście istnieją tam planety.
