Štruktúra s tromi prstencami v oblasti okolohviezdneho disku tvoriaca planétu, kde minerály a kovy slúžia ako úložisko stavebných blokov planét.

Výskumný tím, vrátane astronómov z Inštitútu Maxa Plancka pre astronómiu (MPIA), objavil vo vnútornom planétotvornom disku mladej hviezdy štruktúru trojkruhovej planetárnej škôlky. Táto konfigurácia naznačuje dva Jupiter– V medzerách medzi prstencami sa tvoria planéty s hmotou. Podrobná analýza je v súlade s množstvom pevných zŕn železa, ktoré dopĺňajú zloženie prachu. Výsledkom je, že disk pravdepodobne obsahuje minerály a kovy podobné tým, ktoré sa nachádzajú na terestrických planétach v slnečnej sústave. Poskytuje pohľad do podmienok podobných skorej slnečnej sústave pred viac ako štyrmi miliardami rokov počas formovania kamenných planét, ako je Merkúr. Venušaa zem.

Tri železné krúžky v disku tvoriacom planétu

Vznik Zeme a slnečnej sústavy inšpiruje vedcov aj verejnosť. Štúdiom súčasného stavu našej domovskej planéty a ďalších telies v slnečnej sústave vedci vytvorili podrobný obraz podmienok, za ktorých sa vyvinuli z disku prachu a plynu obklopujúceho malé slnko asi pred 4,5 miliardami rokov.

Tri prstence označujú dve planéty

Vďaka úžasnému pokroku vo výskume tvorby hviezd a planét zameraných na vzdialené nebeské telesá môžeme teraz skúmať podmienky v prostrediach obklopujúcich mladé hviezdy a porovnávať ich s tými z ranej slnečnej sústavy. Pomocou Európskeho južného observatória (Eso) Veľmi veľký ďalekohľad VLTI je to, čo urobil medzinárodný tím výskumníkov vedený Józefom Vargom z observatória Konkoli v Budapešti v Maďarsku. Pozorovali planétotvorný disk mladej hviezdy HD 144432, vzdialenú asi 500 svetelných rokov.

Letecký pohľad na veľmi veľký ďalekohľad (VLT) Európskeho južného observatória na vrchole Cerro Paranal v púšti Atacama v Čile. Interferometer VLT (VLTI) kombinuje svetlo štyroch ďalekohľadov, čo umožňuje snímanie vzdialených nebeských objektov s vysokým rozlíšením. Fotografický kredit: G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO

„Štúdiom distribúcie prachu vo vnútornej oblasti disku sme prvýkrát objavili komplexnú štruktúru, v ktorej sa prach v takomto prostredí hromadí v troch sústredných prstencoch,“ hovorí Roy van Bokel. Je vedcom v Inštitúte Maxa Plancka pre astronómiu (MPIA) v Heidelbergu v Nemecku a je spoluautorom článku primárneho výskumu publikovaného v časopise Astronómia a astrofyzika. „Táto oblasť zodpovedá oblasti, kde sa v slnečnej sústave vytvorili kamenné planéty,“ dodáva Van Bokel. V porovnaní so slnečnou sústavou je prvý prstenec okolo HD 144432 na obežnej dráhe Merkúra a druhý je blízko Marschodník. Tretí prstenec navyše zhruba zodpovedá obežnej dráhe Jupitera.

Astronómovia doteraz takéto útvary nachádzali väčšinou vo väčších mierkach, ktoré zodpovedajú svetom nachádzajúcim sa mimo vesmíru Saturn Točí sa okolo slnka. Prstencové systémy nachádzajúce sa na diskoch obklopujúcich mladé hviezdy vo všeobecnosti naznačujú, že planéty sa vytvorili v medzier, keď sa na ich dráhe nahromadil prach a plyn. HD 144432 je však prvým príkladom takého komplexného prstencového systému tak blízko svojej hostiteľskej hviezdy. Vyskytuje sa v oblasti bohatej na prach, ktorý je stavebným kameňom kamenných planét ako Zem. Za predpokladu, že prstence naznačujú prítomnosť dvoch planét tvoriacich sa v medzier, astronómovia odhadli, že ich hmotnosti sú približne podobné hmotnosti Jupitera.

Podmienky môžu byť podobné ako v ranej slnečnej sústave

Astronómovia určili zloženie prachu na disku až do oddelenia od centrálnej hviezdy, čo zodpovedá vzdialenosti Jupitera od Slnka. To, čo našli, je veľmi dobre známe vedcom, ktorí študujú Zem a skalnaté planéty v slnečnej sústave: rôzne kremičitany (zlúčeniny kremíka a kyslíka) a iné minerály nachádzajúce sa v zemskej kôre a plášti a možno aj kovové železo, aké sa nachádza na Merkúre a Zemi. Jadrá. Ak sa to potvrdí, táto štúdia bude prvou, ktorá odhalí železo v disku tvoriacom planétu.

Táto ilustrácia je schematický diagram HD 144432, ako bol pozorovaný s VLTI. Údaje sú v súlade so štruktúrou troch sústredných kruhov. Medzery medzi prstencami vo všeobecnosti naznačujú, že veľké planéty vznikajú narastaním prachu a plynu pozdĺž ich obežnej dráhy okolo ich hostiteľskej hviezdy. Silikátové minerály existujú hlavne ako kryštály vo vnútornej horúcej zóne. VLTI spätná väzba nemôže obmedziť studený externý disk. Kredit: © J. Varga et al. / MPIA

„Zatiaľ astronómovia vysvetlili pozorovania prašných diskov so zmesou uhlíkového a silikátového prachu, materiálov, ktoré vidíme takmer všade vo vesmíre,“ vysvetľuje Van Bokel. Avšak z chemického hľadiska je zmes železa a kremičitanu prijateľnejšia v horúcich oblastiach vnútorného disku. Chemický model, ktorý Varga, hlavný autor pôvodného výskumného článku, aplikoval na údaje, skutočne prináša lepšie výsledky, keď sa namiesto uhlíka zavedie železo.

Okrem toho teplota prachu pozorovaného v HD 144432 môže dosiahnuť 1 800 K (asi 1 500 stupňov). Celzia) na vnútornom okraji a mierna teplota 300 K (asi 25 °C) na vonkajšej strane. Kovy a železo sa v horúcich oblastiach v blízkosti hviezdy opäť topia a kondenzujú, často do kryštálov. Na rozdiel od toho uhlíkové zrná neprežijú teplo a namiesto toho existujú ako oxid uhoľnatý alebo oxid uhličitý. Uhlík však môže byť stále dôležitou zložkou pevných častíc v studenom vonkajšom disku, čo pozorovania v tejto štúdii nedokážu sledovať.

Prach bohatý na železo a chudobný na uhlík je tiež vhodný pre podmienky v slnečnej sústave. Ortuť a Zem sú planéty bohaté na železo, zatiaľ čo Zem obsahuje relatívne málo uhlíka. „Myslíme si, že disk HD 144432 môže byť veľmi podobný ranej slnečnej sústave, ktorá poskytovala veľa železa pre kamenné planéty, ktoré dnes poznáme,“ hovorí van Bokel. „Naša štúdia môže byť ďalším príkladom, ktorý ukazuje, že formovanie našej slnečnej sústavy môže byť celkom typické.“

Interferometria rieši malé detaily

Získanie výsledkov bolo možné len prostredníctvom pozorovaní s výnimočne vysokým rozlíšením, ako to poskytlo VLTI. Spojením štyroch 8,2-metrových ďalekohľadov VLT na observatóriu Paranal Európskeho južného observatória dokážu vyriešiť detaily, ako keby astronómovia použili ďalekohľad s 200-metrovým primárnym zrkadlom. Varga, van Bokel a ich spolupracovníci získali údaje pomocou troch prístrojov, aby dosiahli široké pokrytie vlnových dĺžok od 1,6 do 13 mikrometrov, čo predstavuje infračervené svetlo.

MPIA poskytla biotechnologické prvky pre dva prístroje, GRAVITY a Multi-Aperture Mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE). Jedným z Mattisových primárnych cieľov je študovať skalnaté oblasti, ktoré tvoria planéty okolo mladých hviezd. „Pri pohľade na vnútro protoplanetárnych diskov okolo hviezd sa snažíme preskúmať pôvod rôznych minerálov obsiahnutých v disku – minerálov, ktoré neskôr vytvoria pevné zložky planét, ako je Zem,“ hovorí Thomas Henning, riaditeľ a výskumník MPIA. Účastník PI nástroja MATISSE.

Vytváranie interferometrových snímok, aké sme zvyknutí získavať z jednotlivých ďalekohľadov, však nie je jednoduché a časovo náročné. Najúčinnejším využitím cenného pozorovacieho času na dešifrovanie štruktúry objektu je porovnanie riedkych údajov s modelmi možných cieľových konfigurácií. V prípade HD 144432 trojkruhová štruktúra lepšie reprezentuje údaje.

Aké bežné sú disky na tvorbu planét bohatých na železo?

Okrem slnečnej sústavy sa zdá, že HD 144432 poskytuje ďalší príklad planét vznikajúcich v prostredí bohatom na železo. Astronómovia však nezostanú len pri tom. „Stále máme niekoľko sľubných kandidátov, ktorí čakajú, kým sa VLTI pozrie bližšie,“ zdôrazňuje Van Bokel. V predchádzajúcich pozorovaniach tím objavil okolo mladých hviezd množstvo diskov, ktoré naznačujú konfigurácie, ktoré stojí za to znova navštíviť. Jeho detailnú štruktúru a chémiu však odhalia pomocou najmodernejších VLTI zariadení. Nakoniec by astronómovia mohli objasniť, či sa planéty zvyčajne tvoria v prachových diskoch bohatých na železo v blízkosti svojich materských hviezd.

Odkaz: “Stredné infračervené dôkazy prachu bohatého na železo vo vnútornom viackruhovom disku HD 144432” od J. Vargu, LBFM Watersa, M. Hogerheijde, R. van Boekela, A. Mattera, B. Lopeza, K. Perrauta, L. Chen, D. Nadella, S. Wolf, C. Dominik, Á. Cosbal, B. Abrahám, J.-C. Augereau, P. Polly, J. Bordarot, A. Carati alebo Jarati, F. Cruz Saenz de Mira, W. C. Danchi, V. Gamez Rosas, Th. Henning, K.-H. Hoffman, M. Holley, J. W. Isbell, W. Jaffe, T. Juhasz, V. Kekskemethy, J. Cobos, E. Kokulina, Ľ. Labadie, F. Leco, F. Mellor, A. Moore, N. Morugao, E. Pantin, D. Schertel, M. Schick, L. Van Haester, J. Weigelt, J. Wells a B. Woytek, 8. januára 2024, Astronómia a astrofyzika.
doi: 10.1051/0004-6361/202347535

Výskumní pracovníci MPIA zapojení do tejto štúdie sú: Roy van Boekel, Marten Scheuck, Thomas Henning, Jacob W. Isbell, Ágnes Kóspál (tiež HUN-REN Research Center for Astronomy and Earth Sciences, Konkoli Observatory, Budapest, Hungary). [Konkoly]; CSFK, MTA Center of Excellence, Budapešť, Maďarsko [CSFK]; ELTE Eötvös Loránd University, Budapešť, Maďarsko [ELTE]), Alessio Carati alebo Garatti (tiež INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Neapol, Taliansko).

Ďalšími akcionármi sú: J. Varga (Concoli; CSFK; Leiden Observatory, Holandsko). [Leiden]), LBFM Waters (Radboud University, Nijmegen, Holandsko; SRON, Leiden, Holandsko), M. Hogerheijde (Leiden; University of Amsterdam, Holandsko) [UVA]), a. Mater (Observatoire de la Côte d'Azur/CNRS, Nice, Francúzsko [OCA]), B. Lopez (OCA), K. Peru (Université Grenoble Alpes/CNRS/IPAG, Francúzsko [IPAG]), L. Chen (Konkoly; CSFK), D. Nadella (Leiden), S. Wolf (Univerzita v Kieli, Nemecko [UK]), C. Dominik (UVA), P. Abrahám (Konkoli; CSFK; ELTE), J.-C. Augereau (IPAG), P. Boley (OCA), G. Bourdarot (Inštitút Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku, Garching, Nemecko), F. Cruz-Saénz de Miera (Konkoly; CSFK; University of Toulouse, Francúzsko), W. C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), V. Gámez Rosas (Leiden), K.-H. Hoffmann (Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu, Bonn, Nemecko [MPIfR]), M. Houllé (OCA), W. Jaffe (Leiden), T. Juhász (Konkoly; CSFK; ELTE), V. Kecskeméthy (ELTE), J. Kobus (UK), E. Kokoulina (Univerzita v Liège, Belgicko ; OCA), L. Labadie (Univerzita v Kolíne nad Rýnom, Nemecko), F. Lykou (Konkoly; CSFK), F. Millour (OCA), A. Moór (Konkoly; CSFK), N. Morujão (Universidade de Lisboa a Universidade do Porto, Portugalsko), E. Pantin (AIM, CEA/CNRS, Gif-sur-Yvette, Francúzsko), D. Schertl (MPIfR), L. van Haastere (Leiden), G. Weigelt (MPIfR), J. Woillez (Európske južné observatórium, Garching, Nemecko ), P. Woitke (Inštitút pre výskum vesmíru, Rakúska akadémia vied, Graz, Rakúsko), MATISSE and GRAVITY Collaborations