Planety mają więcej czasu na uformowanie się niż wcześniej sądzono
Najnowsze badania sugerują, że dyski protoplanetarne mogą utrzymywać się dłużej niż sądziliśmy, co oznacza, że planety mogą mieć co najmniej 5 milionów lat na uformowanie się, zanim ich materiał budowlany zniknie.
Wizja artystyczna młodego układu planetarnego. Źródło: NASA.
Terminy rozproszenia dysku
Planety powstają z gazowych dysków zwanych dyskami protoplanetarnymi. Podczas gdy szczegóły formowania się planet są ukryte w tych pyłowych dyskach, ogólny obraz jest jasny: czas formowania się planet jest wyznaczony przez czas życia dysku – gdy dysk się rozproszy, formowanie się planet musi zostać zatrzymane. Ustalenie, jak długo planety muszą się formować, powinno być zatem prostym zadaniem: badacze mogą zmierzyć wiek gromady gwiazd i określić, czy gwiazdy w tych gromadach mają dyski, ustalając w ten sposób punkt graniczny, w którym dyski zazwyczaj się rozpraszają.
W rzeczywistości jednak technika ta pozwoliła uzyskać szeroki zakres szacunków dotyczących czasu życia dysków protoplanetarnych, a tym samym bardzo różne ograniczenia dotyczące czasu, w jakim muszą uformować się planety – a najkrótsze szacunki, w przedziale 1,0–3,5 miliona lat, wyznaczają napięty termin, w którym modele formowania się planet muszą się zmieścić.
Młoda, masywna i zwodnicza?
W najnowszej publikacji zespół kierowany przez Susanne Pfalzner (Centrum Superkomputerowe w Jülich i Instytut Radioastronomii im. Maxa Plancka, Niemcy) zasugerował, że staranne zastosowanie istniejących technik może zapewnić nieco więcej swobody dla modelarzy, wydłużając typowy czas życia dysku protoplanetarnego. Naukowcy często badają dyski wokół gwiazd w gromadach, ponieważ łatwiej jest określić ich wiek niż gwiazd spoza gromad. Jednak łatwiej jest zidentyfikować młode, zwarte gromady niż stare, rozproszone gromady, zwłaszcza w dużych odległościach od Ziemi. Ponieważ jasne, masywne gwiazdy są łatwiejsze do wykrycia w dużych odległościach, badania ukierunkowane na młodsze gromady są również ukierunkowane na bardziej masywne gwiazdy – które, jak wiadomo, mają dyski o krótszym czasie życia.
Jako demonstrację tego efektu, Pfalzner i współautorzy zbadali, jak wyniki poprzednich badań zmieniały się w zależności od wielkości gromady w próbce każdego badania. Odkryli, że próbki zawierające głównie odległe (>650 lat świetlnych), młode gromady dawały krótkie szacunki dotyczące czasu życia dysku, podczas gdy próbki zawierające pobliskie, stare gromady były powiązane z długim czasem życia dysku.
Aby przeciwdziałać temu problemowi, zespół skonstruował nową próbkę, która jest równomiernie zrównoważona pomiędzy młodymi i starymi gromadami znajdującymi się w odległości 650 lat świetlnych od Ziemi. Analiza tej próbki zasugerowała, że mediana czasu życia dysku wynosi 6,5 miliona lat, przy czym znaczna część dysków wytrzymuje 10–20 milionów lat – co oznacza, że w wielu układach gwiezdnych planty mają znacznie więcej czasu na uformowanie się niż oczekiwano.
Chociaż wynik ten zapewnia bardzo potrzebną swobodę dla naszych modeli formowania się planet, wciąż pozostaje wiele otwartych pytań do zbadania. Na przykład, ważne jest, aby określić ułamek gwiazd, które rodzą się z dyskami; zakładając, że wszystkie gwiazdy są początkowo spowite dyskami, oznacza to, że typowy czas dysków mieści się w przedziale 5–6 milionów lat, podczas gdy dopuszczenie niewielkiego ułamka gwiazd, które rodzą się bez dysków, pozwoliłoby na formowanie się planet w ciągu 8–10 milionów lat wokół gwiazd o niskiej masie i 4–5 milionów lat wokół gwiazd o wysokiej masie. Niezależnie od dokładnych ram czasowych, zrozumienie, w jaki sposób gwiazdy o dużej masie tworzą planety w bardziej rygorystycznych ramach czasowych niż gwiazdy o małej masie pozostanie wyzwaniem, na które trzeba będzie odpowiedzieć.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
