Przejdź do głównej zawartości

Kampania ALMA dostarcza niespodziewanego wejrzenia na narodziny planet

Astronomowie skatalogowali już blisko 4000 egzoplanet krążących wokół innych gwiazd. Choć nauczyliśmy się wiele o nowo odkrytych światach, wciąż niewiele wiemy o kolejnych etapach formowania się planet oraz kosmicznym przepisie na to, jak rodzą się odkryte już takie obiekty, jak np. gorące Jowisze, masywne skaliste światy, lodowe planety karłowate a może i w przyszłości odległe odpowiedniki Ziemi.


Aby odpowiedzieć na te oraz inne intrygujące pytania na temat rodzin planet, zespół astronomów wykorzystujący ALMA przeprowadził jedno z najgłębszych badań na temat dysków protoplanetarnych.

Ten duży program ALMA, zwany Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP), przyniósł oszałamiające obrazy wysokiej rozdzielczości 20 pobliskich dysków protoplanetarnych i dał astronomom nowy wgląd w różnorodność właściwości, jakie one zawierają oraz szybkość, z jaką planety mogą powstać.

Według naukowców najbardziej przekonującą interpretacją tych obserwacji jest to, że duże planety, prawdopodobnie pod względem wielkości i składu podobne do Neptuna lub Saturna, formują się szybko, znacznie szybciej, niż wskazuje na to obecna teoria. Mają też tendencję do tworzenia się w zewnętrznych obszarach swoich układów słonecznych, w ogromnych odległościach od macierzystych gwiazd. 

Takie przedwczesne tworzenie się mogłoby także pomóc wyjaśnić, w jaki sposób skaliste, ziemskie światy są w stanie ewoluować i wzrastać, zachowując swój przypuszczalny autodestrukcyjny okres dorastania.

Celem miesięcznej kampanii obserwacyjnej ALMA było poszukiwanie strukturalnych podobieństw i różnic w dyskach protoplanetarnych. Wyjątkowo ostry obraz ALMA pokazał niewidoczne wcześniej struktury i niespodziewanie skomplikowane wzory. Widać wyraźne szczegóły wokół szerokiego asortymentu młodych gwiazd o różnych masach. Najbardziej przekonującą interpretacją tych bardzo różnorodnych właściwości jest to, że niewidoczne planety wchodzą w interakcje z materią dysku.

Wiodące modele formowania się planet utrzymują, że planety powstają w wyniku stopniowego gromadzenia się pyłu i gazu wewnątrz dysku protoplanetarnego, poczynając od ziaren pyłu, które łączą się tworząc coraz większe skały, aż do pojawienia się planetoid, planetozymali i planet. Ten hierarchiczny proces powinien zająć wiele milionów lat, co sugeruje, że jego wpływ na dyski protoplanetarne byłby najbardziej powszechny w starszych układach. Jednak zgromadzone dowody wskazują, że nie zawsze tak jest.

Wcześniejsze obserwacje ALMA młodych dysków protoplanetarnych (niektóre z nich mające około miliona lat) ujawniają zastanawiające i zaskakujące struktury w tym wyraźne pierścienie i szczeliny, które wydają się być znakami rozpoznawczymi planet. Astronomowie początkowo ostrożnie przypisywali te cechy działaniom planet, ponieważ w grę mógł wchodzić inny, naturalny proces.

Ponieważ zestaw próbek był tak mały, nie można było wyciągnąć żadnych nadrzędnych wniosków. Możliwe, że astronomowie obserwowali nietypowe układy. Konieczne było zatem wykonanie więcej obserwacji różnych dysków protoplanetarnych w celu określenia najbardziej prawdopodobnej przyczyny właściwości, które widzieli astronomowie.

Kampania DSHARP została zaprojektowana właśnie po to, by zbadać względnie niewielki rozkład cząsteczek pyłu wokół 20 pobliskich dysków protoplanetarnych. Te cząsteczki pyłu świecą w naturalny sposób na długościach milimetrowych, co pozwala ALMA dokładnie odwzorować rozkład gęstości małych cząsteczek wokół młodych gwiazd.

Naukowcy odkryli, że wiele podstruktur – koncentrycznych szczelin, wąskich pierścieni – jest wspólnych dla prawie wszystkich dysków, podczas gdy w niektórych przypadkach występują również wielkoskalowe spiralne wzory i właściwości przypominające łuk. Ponadto dyski i szczeliny są obecne w szerokim zakresie odległości od ich gwiazd macierzystych, od kilku do ponad stu jednostek astronomicznych, co stanowi ponad trzykrotną odległości Neptuna od Słońca.  

Właściwości te, które mogą być odciskami wielkich planet, mogą wyjaśnić, w jaki sposób skaliste planety podobne do Ziemi mogą się kształtować i rozwijać. Przez dziesięciolecia astronomowie głowili się nad poważną przeszkodą w teorii powstawania planet: kiedy planetozymale osiągną odpowiednią wielkość – około 1 km średnicy – dynamika gładkiego dysku protoplanetarnego skłoniłaby je do wpadnięcia w gwiazdę, i nigdy nie przejęły by masy niezbędnej do utworzenia takich planet, jak Mars, Wenus i Ziemia.

Gęste pyłowe pierścienie, które teraz widzimy dzięki ALMA, wytworzyły by bezpieczną przystań dla skalistych światów, aby te w pełni dojrzały. Ich wyższa gęstość i stężenie cząsteczek pyłu tworzą perturbacje w dysku, tworząc strefy, w których planetozymale będą miały więcej czasu, aby wyrosnąć na w pełni rozwinięte planety.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…