Badanie „zanieczyszczonych” białych karłów wykazało, że gwiazdy i planety rosną razem
Zespół astronomów odkrył, że formowanie się planet w naszym młodym Układzie Słonecznym rozpoczęło się znacznie wcześniej niż dotychczas sądzono, a elementy budulcowe planet rosły w tym samym czasie, co Słońce.
Wizja artystyczna planetoidy opadającej w kierunku białego karła.
Źródło: Amanda Smith.
Badanie niektórych najstarszych gwiazd we Wszechświecie sugeruje, że budulce planet takich jak Jowisz i Saturn zaczynają się formować, gdy młoda gwiazda rośnie. Uważano, że planety powstają dopiero wtedy, gdy gwiazda osiągnie swój ostateczny rozmiar, ale nowe wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy sugerują, że gwiazdy i planety „rosną” razem.
Badania te zmieniają nasze rozumienie tego, jak uformowały się układy planetarne, w tym nasz własny Układ Słoneczny, potencjalnie rozwiązując główną zagadkę w astronomii.
Mamy całkiem dobre pojęcie o tym, jak tworzą się planety, ale jedno nierozstrzygnięte pytanie dotyczyło tego, kiedy się one tworzą: czy tworzenie się planet zaczyna się wcześnie, kiedy macierzysta gwiazda wciąż rośnie, czy miliony lat później? – mówi dr Amy Bonsor z Instytutu Astronomii w Cambridge, pierwsza autorka badania.
Aby spróbować odpowiedzieć na to pytanie, Bonsor i jej koledzy badali atmosfery białych karłów – starożytnych, słabych pozostałości gwiazd takich jak nasze Słońce – aby zbadać elementy budulcowe formowania się planet.
Niektóre białe karły są niesamowitymi laboratoriami, ponieważ ich cienkie atmosfery są prawie jak cmentarze na niebie – powiedziała Bonsor.
Zwykle wnętrza planet są poza zasięgiem teleskopów. Jednak specjalna klasa białych karłów – znanych jako układy „zanieczyszczone” – posiada w swoich normalnie czystych atmosferach ciężkie pierwiastki, takie jak magnez, żelazo i wapń.
Pierwiastki te musiały pochodzić z małych ciał, takich jak asteroidy, pozostałych po formowaniu się planet, które zderzyły się z białymi karłami i spłonęły w ich atmosferach. W rezultacie, obserwacje spektroskopowe zanieczyszczonych białych karłów mogą zbadać wnętrza tych rozerwanych planetoid, dając astronomom bezpośredni wgląd w warunki, w jakich się one uformowały.
Uważa się, że formowanie się planet rozpoczyna się w dysku protoplanetarnym – zbudowanym głównie z wodoru, helu oraz drobnych cząsteczek lodu i pyłu – krążącym wokół młodej gwiazdy. Według obecnie wiodącej teorii na temat powstawania planet, cząsteczki pyłu przylegają do siebie, tworząc w końcu coraz większe ciała stałe. Niektóre z tych większych ciał będą kontynuowały akrecję, stając się planetami, a niektóre pozostaną jako asteroidy, jak te, które rozbiły się o białe karły w obecnym badaniu.
Naukowcy przeanalizowali obserwacje spektroskopowe z atmosfer 200 zanieczyszczonych białych karłów z pobliskich galaktyk. Według ich analizy, mieszanka pierwiastków widoczna w atmosferach tych białych karłów może być wyjaśniona tylko wtedy, gdy wiele z oryginalnych asteroid uległo kiedyś stopieniu, co spowodowało, że ciężkie żelazo opadło na jądro, podczas gdy lżejsze pierwiastki uniosły się na powierzchni. Ten proces, znany jako różnicowanie, jest tym, co spowodowało, że Ziemia ma bogate w żelazo jądro.
Przyczynę topnienia można przypisać jedynie bardzo krótkotrwałym pierwiastkom radioaktywnym, które istniały w najwcześniejszych stadiach układu planetarnego, ale rozpadają się w ciągu zaledwie miliona lat – powiedziała Bonsor. Innymi słowy, jeżeli te asteroidy zostały stopione przez coś, co istnieje tylko przez bardzo krótki czas u zarania układu planetarnego, to proces formowania się planet musi rozpocząć się bardzo szybko.
Badanie sugeruje, że obraz wczesnego procesu formowania się planet prawdopodobnie jest poprawny, co oznacza, że Jowisz i Saturn miały dużo czasu, aby urosnąć do swoich obecnych rozmiarów.
Nasze badanie uzupełnia rosnący konsensus w dziedzinie, że formowanie się planet zaczęło się wcześnie, a pierwsze ciała formowały się jednocześnie z gwiazdą – powiedziała Bonsor. Analizy zanieczyszczonych białych karłów mówią nam, że ten radioaktywny proces topnienia jest potencjalnie wszechobecnym mechanizmem wpływającym na powstawanie wszystkich planet pozasłonecznych.
To dopiero początek - za każdym razem, gdy znajdujemy nowego białego karła, możemy zebrać więcej dowodów i dowiedzieć się więcej o tym, jak powstają planety. Możemy prześledzić pierwiastki, takie jak nikiel i chrom, i powiedzieć, jak duża musiała być asteroida, kiedy tworzyła swoje żelazne jądro. To niesamowite, że jesteśmy w stanie badać takie procesy w układach egzoplanetarnych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
