Citu planētu medības mūsu galaktikā pēdējās desmitgadēs ir uzkarsušas: 3886 planētas ir atklātas 2886 sistēmās un vēl 2898 kandidāti gaida apstiprinājumu. Lai arī šo planētu atklāšana ir daudz iemācījusi zinātniekiem par planētu veidiem, kas pastāv mūsu galaktikā, joprojām ir daudz ko mēs nezinām par planētu veidošanās procesu.
Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, starptautiska komanda nesen izmantoja Atacama lielo milimetru / submilimetru masīvu (ALMA), lai veiktu pirmo plaša mēroga augstas izšķirtspējas protoplanetāro disku apsekojumu ap tuvējām zvaigznēm. Šī programma, kas pazīstama kā diska apakšstruktūras augstas leņķa izšķirtspējas projektā (DSHARP), ieguva augstas izšķirtspējas attēlus no 20 tuvumā esošām sistēmām, kurās putekļi un gāze bija jaunu planētu veidošanās procesā.
Viņu rezultāti tika dalīti desmit dokumentu sērijā, kas tiks parādīti speciālā izdevumā Astrofizisko žurnālu vēstules. Atbildīgajā komandā bija dalībnieki no Hārvarda Smitsona astrofizikas centra (CfA), Apvienotās ALMA observatorijas un vairākām observatorijām, pētniecības institūtiem un universitātēm.
Katrā ziņā DSHARP pētnieki atzīmēja spraugu esamību diskā, kas atradās tālu no centrālās zvaigznes un, šķiet, norobežoja diska iekšējo un ārējo daļu. Iegūtie gredzeni bija arī blīvi iesaiņoti vai veidoti plānāki josliņi atkarībā no attāluma no zvaigznes. Viņi norādīja, ka šie paraugi varētu būt neredzēta planētas pavadoņa radīti traucējumi diskā.
Vēl viena iespēja ir tāda, ka diska struktūras ir pakļautas globālai nestabilitātei, kas ir līdzīga tai, kas novērota spirālveida galaktikās (piemēram, Piena ceļš). Pēc pētnieku domām, pārliecinošākais skaidrojums ir tāds, ka lielās planētas (piemēram, gāzes giganti) galvenokārt veidojas ārējos diskos, kas norāda, ka planētu veidošanās notiek daudz ātrāk, nekā to atļauj pašreizējās teorijas par planētu veidošanos.
Šis iespējamais skaidrojums arī palīdzētu izskaidrot, kā sauszemes planētas (t.i., akmeņainas un līdzīga izmēra Zemei), kas veidojas tuvāk zvaigznēm, spēj izdzīvot to veidošanās agrīnajos posmos. Šons Endrjū, Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra (CfA) astronoms un viens no ALMA novērošanas kampaņas vadītājiem *, NRAO paziņojumā presei skaidroja šo atradumu nozīmīgumu:
“Šīs mēnešus ilgas novērošanas kampaņas mērķis bija meklēt protoplanētisko disku strukturālās kopības un atšķirības. ALMA izcili asais redzējums ir atklājis iepriekš neredzētas struktūras un negaidīti sarežģītus modeļus. Mēs redzam atšķirīgas detaļas ap plašu dažādu masu jauno zvaigžņu sortimentu. Šo ļoti dažādo, maza mēroga funkciju vispievilcīgākā interpretācija ir tāda, ka ir neredzētas planētas, kas mijiedarbojas ar diska materiālu. ”
Saskaņā ar vadošajiem planētu veidošanās modeļiem planētas dzimst, pakāpeniski uzkrājot putekļus un gāzi protoplanētu diskā. Sākumā putekļu graudi apvienojas, veidojot lielākus un lielākus iežus, līdz parādās asteroīdi, planestesimals un planētas. Tiek uzskatīts, ka šis process prasa miljoniem gadu, un tas nozīmē, ka protoplanetārie diski vecākās sistēmās to vairāk ietekmētu.
Tomēr agrīnie ALMA veiktie novērojumi liecināja, ka daudziem jauniem protoplanetārajiem diskiem bija skaidri noteiktas struktūras, piemēram, gredzeni un spraugas. Šīs pazīmes parasti ir saistītas ar planētu klātbūtni, un tās tika atrastas pat dažās sistēmās, kas bija tikai miljons gadu vecas. Kā paskaidroja Džeina Huanga, CfA maģistrante un pētnieku grupas locekle:
“Bija pārsteidzoši redzēt iespējamos planētas veidošanās parakstus jau pirmajos jauno disku augstas izšķirtspējas attēlos. Bija svarīgi noskaidrot, vai tās bija anomālijas vai arī šie paraksti bija izplatīti diskos. ”
Tā kā agrīnais paraugu komplekts bija tik mazs, DSHARP kampaņa tika uzstādīta citu protoplanetāro disku novēršanai salīdzināšanai. Tā kā ir zināms, ka putekļu daļiņas mirdz milimetra viļņa garumā, kampaņas komanda varēja izmantot ALMA masīvu, lai precīzi kartētu putekļu jostu blīvuma sadalījumu ap jauno zvaigžņu sistēmām un (atkarībā no zvaigznes attāluma), lai kartētu tādas pazīmes kā mazs kā dažas astronomijas vienības.
Rezultātā pētnieku grupa atklāja, ka daudzas no apakšstruktūrām (t.i., koncentriskām spraugām un šauriem gredzeniem) bija raksturīgas gandrīz visiem diskiem, turpretim liela mēroga spirālveida raksti un loka veida iezīmes bija daudz retākas. Viņi arī atklāja, ka diski un spraugas atrodas plašā diapazonā no viņu vieszvaigznēm - sākot no dažiem AU līdz vairāk nekā simtam.
Kā minēts, šie novērojumi varētu palīdzēt atrisināt paliekošu noslēpumu, kad runa ir par planētas veidošanās teorijām. Konkrēti, astronomi ir domājuši, kā varētu veidoties planētas, kad vienmērīga protoplanetārā diska dinamika liks jebkuram ķermenim, kura diametrs ir lielāks par centimetru, iekrist tās saimniekzvaigznē. Šādos apstākļos akmeņainiem objektiem, kas ir lielāki par asteroīdu, nevajadzētu pastāvēt.
Būtībā blīvie putekļu gredzeni, kurus novēroja komanda, diskā radītu traucējumus, kas varētu radīt zonas, kur plaknes simboli būtu droši un viņiem būtu laiks, kas vajadzīgs, lai izaugtu par planētām. Kā norādīja Laura Peresa, Čīles universitātes pētniece un pētniecības grupas locekle:
“Kad ALMA patiesi atklāja savas iespējas ar savu ikonisko HL Tau attēlu, mums nācās aizdomāties, vai tas ir novirze, jo disks bija salīdzinoši masīvs un jauns. Šie jaunākie novērojumi liecina, ka, lai arī pārsteidzošs, HL Tau nebūt nav neparasts un faktiski var attēlot normālu planētu evolūciju ap jaunām zvaigznēm. ”
Šis pētījums parāda mūsdienu moderno instrumentu un zinātniskās sadarbības jaudu. Pateicoties spējai redzēt vairāk un tālāk, zinātnieki spēj pārbaudīt astronomiskās teorijas kā vēl nekad. Šajā procesā tiek apstiprināti un izaicināti mūsu visbūtiskākie priekšstati par to, kā izveidojās Visums.
Izbaudiet šo animāciju par to, kā izskatās protoplanētiskais disks, pateicoties NRAO Outreach programmai:
* Citi ALMA novērošanas kampaņas vadītāji ir Andrea Isella no Rīsu universitātes, Laura Pérez no Čīles universitātes un Cornelis Dullemond no Heidelbergas universitātes.
