Koncepcja artysty planety podobnej do Jowisza krążącej wokół gwiazdy. Źródło zdjęcia: NASA Kliknij, aby powiększyć
Za pomocą Spitzer Space Telescope NASA zespół astronomów kierowany przez University of Rochester wykrył luki w zakurzonych dyskach wokół dwóch bardzo młodych gwiazd, co sugeruje, że powstały tam gigantyczne planety gazowe. Rok temu ci sami badacze znaleźli dowody na istnienie pierwszej „młodej planety” wokół młodej gwiazdy, rzucając wyzwanie modelom gigantycznej planety większości astrofizyków.
Nowe odkrycia w numerze Astrophysical Journal Letters z 10 września nie tylko wzmacniają ideę, że gigantyczne planety, takie jak Jowisz, formują się znacznie szybciej niż naukowcy tradycyjnie się spodziewali, ale jedna z osłoniętych gazem gwiazd, zwana GM Aurigae, jest analogiczna do naszej własnej Układ Słoneczny. W wieku zaledwie 1 miliona lat gwiazda daje wyjątkowe okno na to, jak mógł powstać nasz świat.
„GM Aurigae jest zasadniczo znacznie młodszą wersją naszego Słońca, a szczelina na jego dysku jest mniej więcej tego samego rozmiaru co przestrzeń zajmowana przez nasze gigantyczne planety” - mówi Dan Watson, profesor fizyki i astronomii na University of Rochester i lider zespołu badawczego Spitzer IRS Disks. „Patrzenie na to przypomina oglądanie dziecięcych zdjęć naszego Słońca i zewnętrznego Układu Słonecznego” - mówi.
„Wyniki stanowią wyzwanie dla istniejących teorii formowania się gigantycznych planet, szczególnie tych, w których planety budują się stopniowo przez miliony lat” - mówi Nuria Calvet, profesor astronomii na Uniwersytecie Michigan i główny autor artykułu. „Badania takie jak ten ostatecznie pomogą nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób kształtują się nasze planety zewnętrzne, a także inne we wszechświecie”.
Nowe „młode planety” żyją w polanach, które przeszukali na dyskach wokół gwiazd DM Tauri i GM Aurigae, 420 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Byka. Od kilku lat podejrzewa się, że dyski te mają centralne dziury, które mogą być spowodowane formowaniem się planet. Nowe widma nie pozostawiają jednak wątpliwości: luki są tak puste i ostre, że formacja planetarna jest zdecydowanie najbardziej uzasadnionym wyjaśnieniem ich pojawienia się.
Nowe planety nie są jeszcze widoczne bezpośrednio, ale instrument Spitzer Infrared Spectrograph (IRS) wyraźnie pokazał, że brakuje obszaru pyłu otaczającego pewne gwiazdy, co zdecydowanie sugeruje obecność planety wokół każdej z nich. Pył w dysku protoplanetarnym jest cieplejszy w centrum w pobliżu gwiazdy, a więc promieniuje większość swojego światła na krótszych długościach fal niż chłodniejsze zewnętrzne obszary dysku. Zespół IRS Disks stwierdził, że nastąpił nagły deficyt światła promieniującego na wszystkich krótkich długościach fal podczerwieni, co zdecydowanie sugeruje brak centralnej części dysku. Gwiazdy te są bardzo młode według standardów gwiezdnych, mają około miliona lat, wciąż otoczone embrionalnymi dyskami gazowymi. Jedynym realnym wytłumaczeniem braku gazu, który mógłby wystąpić podczas krótkiego życia gwiazdy, jest to, że planeta - najprawdopodobniej gigant gazowy taki jak nasz Jowisz - krąży wokół gwiazdy i grawitacyjnie „wymiata” gaz w tej odległości od gwiazdy gwiazda.
Podobnie jak w przypadku zeszłorocznych odkryć młodych planet, obserwacje te stanowią wyzwanie dla wszystkich istniejących teorii formowania się gigantycznych planet, szczególnie tych modeli „akrecji rdzeniowej”, w których takie planety budowane są przez akrecję mniejszych ciał, które wymagają wiele więcej czasu na budowę gigantycznej planety niż wiek tych systemów.
Zespół IRS Disks odkrył coś jeszcze ciekawego w GM Aurigae. Zamiast prostego centralnego czyszczenia dysku pyłowego, jak w innych badanych przypadkach, GM Aurigae ma wyraźną szczelinę w dysku, która oddziela gęsty, zakurzony dysk zewnętrzny od wątłego wewnętrznego. Może to być etap pośredni, gdy nowa planeta usuwa kurz otaczający ją i prowadzi do całkowitego czyszczenia centralnego, podobnie jak inne dyski „młodej planety”, lub może być wynikiem powstawania wielu planet w krótkim czasie i zamiatania kurz w bardziej złożony sposób.
GM Aurigae ma 1,05 masę naszego Słońca - bliźniaka? Więc przekształci się w gwiazdę bardzo podobną do Słońca. Gdyby zostało nałożone na nasz Układ Słoneczny, odkryta szczelina rozciągałaby się mniej więcej od orbity Jowisza (460 milionów mil) do orbity Urana (1,7 miliarda mil). Jest to ten sam zakres, w którym pojawiają się gazowo-gigantyczne planety w naszym systemie. Małe planety niebędące gigantami gazowymi, skaliste światy, takie jak Ziemia, nie zamiatałyby tak dużej ilości materiału, a zatem nie byłyby wykrywalne z powodu braku pyłu.
Kosmiczny Teleskop Spitzer został wystrzelony na orbitę 25 sierpnia 2003 r. Zespół badawczy IRS Disks jest kierowany przez członków, którzy zbudowali Spitzer Infrared Spectrograph, i obejmuje astronomów z University of Rochester, Cornell University, University of Michigan, Autonomous National University of Mexico, University of Virginia, Ithaca College, University of Arizona i UCLA. Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Pasadenie w Kalifornii zarządza misją Spitzer Space Telescope dla Dyrekcji Misji Naukowej NASA w Waszyngtonie. Działania naukowe prowadzone są w Spitzer Science Center w California Institute of Technology, również w Pasadenie.
