Rodzące się układy słoneczne w zbliżeniu!

Fot. Rodzące się gwiazdy formują się w obłokach gazu, niczym krople deszczu w chmurze. W miarę  jak protogwiazda rozrasta się, ściąga na siebie grawitacyjnie coraz większe ilości gazu i pyłu, które tworzą wokół niej dysk protoplanetarny. Ostatecznie, z dysku takiego tworzą się także planety, ich księżyce, planetoidy i komety.
Źródło: NASA/JPL-Caltech

Astronom Joshua Elsner z Uniwersytetu w Arizonie zdołał zaobserwować rodzące się układy słoneczne z niespotykaną dotąd dokładnością. Uzyskany w ten sposób szczegółowy wgląd w procesy formowania się gwiazd i planet pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób wodór z dysku protoplanetarnego staje się budulcem gwiazdy.

Nawet zdolność rozdzielcza teleskopu Hubble'a okazuje się być za słaba, ażeby dostrzec szczegóły otoczenia stosunkowo bliskich protogwiazd. Tymczasem połączone obserwacje dwu teleskopów Kecka na Hawajach wsparte specjalnie skonstruowanym instrumentem o nazwie ASTRA (ang. ASTrometric and phase-Referenced Astronomy) umożliwiły Elsnerowi i jego kolegom dokonanie tego dzieła. Przedmiotem ich obserwacji, wykorzystujących technikę tzw. spektroastrometrii,  były dyski protoplanetarne - obracające się chmury gazu i pyłu, które stają się pożywieniem dla rodzących się w ich centrach gwiazd, planet i planetoid, dających początek nowym układom słonecznym. Użyta technika polega na obserwacji dysku protoplanetarnego na kilku różnych długościach fal za pomocą obu teleskopów Kecka w połączeniu z dodatkowymi zdolnościami instrumentu ASTRA. 

Ewolucja dysku protoplanetarnego rozpoczyna się od chmury gazu i pyłu, która zaczyna zapadać się pod wpływem własnej grawitacji wokół lokalnego zagęszczenia materii. Zagęszczająca się chmura zaczyna coraz szybciej rotować i spłaszczać się do postaci dysku. W dysku takim tworzą się również planetoidy i planety, co tłumaczy fakt, że poruszają się one później mniej więcej w jednej płaszczyźnie.

Proces, w którym protogwiazda akumuluje materię ze swego otoczenia nazywamy akrecją. Sposób, w jaki przebiega to zjawisko w przypadku dysków protoplanetarnych, jest kluczowym zagadnieniem, na które próbuje odpowiedzieć zespół Elsnera. Rozważa się przy tym dwa możliwe scenariusze akrecji.

W jednym ze scenariuszy materia po prostu opada na powierzchnię rodzącej się gwiazdy, po czym jest połykana do jej wnętrza. Scenariusz ten jest nieco mniej burzliwy niż druga opcja, w której istotną rolę odgrywa pole magnetyczne gwiazdy. Pole to powstrzymuje bezpośredni spadek materii na gwiazdę, powodując powstanie przerwy pomiędzy powierzchnią gwiazdy a dyskiem. Materia uwięziona w polu magnetycznym wznosi się ponad płaszczyznę dysku, ulega silnemu podgrzaniu i jonizacji, po czym kierowana jest wzdłuż linii pola nad bieguny magnetyczne gwiazdy, gdzie może w końcu spaść na nią z dużą prędkością. Część tej materii może także zostać wyrzucona w przestrzeń.

Zespół Elsnera przebadał łącznie aż 15 dysków protoplanetarnych wokół młodych gwiazd o masach w zakresie 0.5-10 mas Słońca. Dzięki bardzo dużej dokładności możliwe było rozróżnienie pomiędzy rozkładem gazu i pyłu w zaobserwowanych dyskach, uzyskując bardziej szczegółowy wgląd w proces akrecji. W niektórych przypadkach stwierdzono, że gaz w dysku zamienia część swej energii kinetycznej w energię świetlną, czego należałoby się spodziewać w bardziej burzliwym scenariuszu powstawania protogwiazd.

W jeszcze innych przypadkach zebrane przesłanki sugerują występowanie wiatrów, wyrzucających część akreowanej materii w przestrzeń kosmiczną. W jednym przypadku natomiast, dysk wokół masywnej gwiazdy rozpościerał się aż do jej powierzchni.

Badane dyski protoplanetarne są młodymi tworami i pozostaną takie przez następnych kilka milionów lat, w czasie których wokół centralnych gwiazd powstaną planety podobne do Jowisza i Saturna, a dopiero potem być może także skaliste planety podobne do Ziemi.

Zespół Elsnera zastanawia się obecnie nad możliwością wykonania podobnych pomiarów pod kątem występowania molekuł organicznych i wody, które jak wiemy są niezbędne do powstawania życia.

14 czerwca 2010
ŹródłoAndrzej Gibiec

Liczba odsłon: 2210