Φαίνεται ότι ίσως χρειαστεί να ενημερώσουμε τις θεωρίες μας σχετικά με το πώς σχηματίζονται αστέρια και πλανήτες σε νέα ηλιακά συστήματα. Μια ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε νέους πλανήτες που σχηματίζονται σε ένα ηλιακό σύστημα ηλικίας μόλις 500.000 ετών. Πριν από αυτήν την ανακάλυψη, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι τα αστέρια βρίσκονται σε πολύ καλή φάση της ενήλικης ζωής τους στη σύντηξη πριν οι πλανήτες σχηματιστούν από το υπόλοιπο υλικό στον περιαστρικό δίσκο.
Τώρα, σύμφωνα με μια νέα μελέτη, φαίνεται ότι οι πλανήτες και τα αστέρια μπορούν να σχηματιστούν και να μεγαλώσουν μαζί.
Οι αστρονόμοι έχουν εξετάσει πολλά νεαρά ηλιακά συστήματα. Συνήθως, ένα νεαρό αστέρι περιβάλλεται από έναν δίσκο σκόνης και οι αστρονόμοι μπορούν να δουν δακτυλίους να καθαρίζονται στη σκόνη από νεαρούς πλανήτες καθώς σχηματίζονται. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το νεαρό αστέρι έχει ήδη συγκεντρώσει τη μάζα του. Όχι όμως σε αυτή την περίπτωση.
«Παραδοσιακά πίστευαν ότι ένα αστέρι κάνει το μεγαλύτερο μέρος του σχηματισμού του πριν σχηματιστούν οι πλανήτες, αλλά οι παρατηρήσεις μας έδειξαν ότι σχηματίζονται ταυτόχρονα».
Ian Stephens, συν-συγγραφέας, CfA
Ο τίτλος της νέας έρευνας είναι « Τέσσερις δακτυλιοειδείς δομές σε έναν πρωτοαστρικό δίσκο ηλικίας μικρότερης των 500.000 ετών .» Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Dominique Segura-Cox, επιστήμονας στο Ινστιτούτο Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική (MPE) στη Γερμανία. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.
Η μελέτη επικεντρώνεται σε έναν νεαρό πρωτοσταρ που ονομάζεται IRS 63 . Είναι περίπου 470 έτη φωτός μακριά μας, προς την κατεύθυνση του αστερισμού Ophiuchus. Το IRS 63 είναι βαθιά ενσωματωμένο στο πυκνό LI709 διαστρικό σύννεφο .
Η πυκνή περιοχή L1709 του Μοριακού Νέφους Ophiuchus που χαρτογραφήθηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Herschel, το οποίο περιβάλλει και τροφοδοτεί υλικό στον πολύ μικρότερο IRS 63 πρωτοαστέρα και δίσκο σχηματισμού πλανητών (η τοποθεσία σημειώνεται με το μαύρο x).
Πίστωση: MPE/D. Πίστωση δεδομένων Segura-Cox: ESA/Herschel/SPIRE/PACS/D. Αρζουμανιάν
Το IRS 63 είναι διαφορετικό από άλλα νεαρά αστέρια. Δείχνει τους ενδεικτικούς δακτυλίους σκόνης που σηματοδοτούν την παρουσία νεαρών πλανητών, αλλά είναι μόνο η μισή ηλικία από άλλα νεαρά αστέρια που εμφανίζουν τους ίδιους δακτυλίους. Σε ηλικία μικρότερη των 500.000 ετών, το μωρό αστέρι δεν έχει ακόμη ολοκληρώσει τη συλλογή της δικής του μάζας και βρίσκεται ακόμη στη διαδικασία σχηματισμού.
«Παρατηρήσαμε τον νεαρό πρωτοπλανητικό δίσκο που ονομάζεται IRS 63 και βρήκαμε κενά και δακτυλίους μέσα στον δίσκο, κάτι που είναι ενδεικτικό του σχηματισμού πλανητών», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Ian Stephens, αστρονόμος στο Κέντρο για
Αστροφυσική | Harvard & Smithsonian (CfA). «Παραδοσιακά πίστευαν ότι ένα αστέρι κάνει το μεγαλύτερο μέρος του σχηματισμού του πριν σχηματιστούν οι πλανήτες, αλλά οι παρατηρήσεις μας έδειξαν ότι σχηματίζονται ταυτόχρονα».
Στο ίδιο δελτίο τύπου, ο επικεφαλής συγγραφέας Segura-Cox πρόσθεσε, «Οι δακτύλιοι στο δίσκο γύρω από το IRS 63 είναι τόσο νέοι. Είχαμε αυτή την ιδέα ότι τα αστέρια μπήκαν πρώτα στην ενηλικίωση και ήταν οι μητέρες των πλανητών που ήρθαν μετά, αλλά τώρα βλέπουμε ότι τα πρωτάστρα και οι πλανήτες μεγαλώνουν και εξελίσσονται μαζί από τα πρώτα χρόνια σαν αδέρφια».
Στη μελέτη, οι συγγραφείς γράφουν «Οι δακτυλιοειδείς υποδομές που παρατηρούμε προς το δίσκο του νεαρού πρωτοαστέρου IRS 63 υποδεικνύουν ότι οι συνθήκες για τον σχηματισμό πλανητόρων αρχίζουν πιθανώς σε εξαιρετικά πρώιμους χρόνους, θέτοντας το υπόβαθρο για τη δημιουργία της πρώτης γενιάς πλανητών».
Η ομάδα των ερευνητών ήταν σε θέση να εκτιμήσει τις μάζες των πλανητών που σχηματίζονται γύρω από το νεαρό αστέρι. Οι συγγραφείς γράφουν ότι «…η πλανητική μάζα που απαιτείται για να ανοίξει κάθε διάκενο μπορεί να εκτιμηθεί από τις παρατηρήσεις μας στη σκόνη». Πρόσθεσαν: «Αν υποθέσουμε ότι κάθε χάσμα ανοίγει από έναν πλανήτη, για το χάσμα G1 η απαιτούμενη μάζα του πλανήτη είναι 0,47ΜΖεύς(όπουΜΖεύςείναι η μάζα του Δία), και το χάσμα G2 απαιτεί μάζα πλανήτη 0,31ΜΖεύς.
Η ομάδα προειδοποιεί ότι πρόκειται για ανώτερα όρια μάζας και αναφέρει επίσης ότι αυτές οι μάζες είναι εκπληκτικές και μεγαλύτερες από το αναμενόμενο. «Οι εκτιμώμενες μάζες πλανητών στον νεαρό δίσκο του IRS 63 είναι ήδη συγκρίσιμες με τις μάζες του Δία και είναι εκπληκτικά μεγάλες σε αυτές τις ακτίνες, λαμβάνοντας υπόψη ότι στα πρώτα στάδια σχηματισμού, οι πλανήτες αντιμετωπίζουν σοβαρά εμπόδια στην ανάπτυξη τόσο μεγάλων μαζών σε σύντομες χρονικές κλίμακες όπως καθώς και την αποφυγή της απρόσμενης συσσώρευσης σε μεταγενέστερα στάδια του σχηματισμού τους».
Οι δακτύλιοι και τα κενά στο δίσκο σκόνης IRS 63 φαίνονται δίπλα σε ένα σκίτσο των τροχιών του Ηλιακού Συστήματος που σχεδιάζονται στην ίδια κλίμακα μεγέθους και προσανατολισμό του δίσκου IRS 63. Οι θέσεις των δακτυλίων είναι παρόμοιες με τις θέσεις των αντικειμένων στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, με τον εσωτερικό δακτύλιο περίπου στο μέγεθος της τροχιάς του Ποσειδώνα και τον εξωτερικό δακτύλιο λίγο μεγαλύτερο από την τροχιά του Πλούτωνα.
Πίστωση: MPE / D. Πίστωση δεδομένων Segura-Cox: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Τα ευρήματα από το σύστημα IRS 63 βοηθούν στην αλλαγή της κατανόησής μας για τα νεαρά ηλιακά συστήματα. Αλλά μπορεί επίσης να μας λένε κάτι για το δικό μας Ηλιακό Σύστημα και για το πώς σχηματίστηκε.
Γίγαντες αερίων όπως ο Δίας χρειάζονται περίπου 10 γήινες μάζες στερεού υλικού για να σχηματιστούν. Αυτό το υλικό γίνεται ο πυρήνας και μια τεράστια ποσότητα αερίου συσσωρεύεται γύρω του. Η ομάδα που μελέτησε το IRS 63 μέτρησε την ποσότητα υλικού στον νεαρό δίσκο και βρήκε περίπου 150 γήινες μάζες υλικού, τόσο σκόνης όσο και αερίου. Όταν η ομάδα συνδύασε αυτή τη μέτρηση με μετρήσεις του περιαστρικού δίσκου και των δακτυλίων και των κενών σε αυτόν, έμαθαν κάτι.
«Αυτοί οι δακτύλιοι και τα κενά υποδηλώνουν ότι βλέπουμε τα πρώτα στοιχεία σχηματισμού πλανητών και ότι οι πλανήτες σίγουρα αρχίζουν να σχηματίζονται μέσα στο πρώτο μισό εκατομμύριο χρόνια και πιθανώς μέσα στα πρώτα 150.000 χρόνια», είπε ο Stephens. «Οι πλανήτες, ειδικά πλανήτες όπως ο Δίας, ξεκίνησαν τον δικό τους σχηματισμό σε ένα από τα πρώτα στάδια της διαδικασίας σχηματισμού άστρων».
Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο Δίας σχηματίστηκε αρχικά πέρα από τον Ποσειδώνα και στη συνέχεια μετανάστευσε προς τα μέσα για να καταλάβει τελικά τη σημερινή του θέση. Καποια ερευνα δείχνει ότι χρειάστηκαν 700.000 χρόνια για να μεταναστεύσουν. Αυτές οι νέες παρατηρήσεις του υλικού στον δίσκο του IRS 63 φαίνεται να το υποστηρίζουν. Η ομάδα πιστεύει ότι η ποσότητα του υλικού στο δίσκο και η νεαρή ηλικία του συστήματος είναι πολύ παρόμοια με τις συνθήκες σε παρόμοια ηλικία στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα.
«Το μέγεθος του δίσκου είναι πολύ παρόμοιο με το δικό μας ηλιακό σύστημα», είπε η Segura-Cox. «Ακόμη και η μάζα του πρωτοάστρου είναι λίγο μικρότερη από τη μάζα του Ήλιου μας. Η μελέτη τέτοιων νέων δίσκων που σχηματίζουν πλανήτες γύρω από πρωτοάστρα μπορεί να μας δώσει σημαντικές γνώσεις για την προέλευσή μας».
Αυτό το αποτέλεσμα είναι εκπληκτικό, αν και κατά κάποιον τρόπο δεν θα έπρεπε να είναι. Αυτά τα νεαρά αστρικά συστήματα είναι εμφανώς δύσκολο να τα δεις. Όλο το αέριο και η σκόνη καθιστούν δύσκολη την παρατήρησή τους, πράγμα που σημαίνει ότι σίγουρα θα υπάρχουν πράγματα σε αυτά τα συστήματα που οι αστρονόμοι δεν έχουν δει ακόμη. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια έχει σημειωθεί αρκετή πρόοδος. Ευγνομονώς, ΨΥΧΗ είναι σε θέση να διερευνήσει αυτά τα συστήματα παρατηρώντας τις εκπομπές από κόκκους σκόνης.
Μια εικόνα ALMA ενός πρωτοπλανητικού δίσκου από το 2019. Αυτή η εικόνα του κοντινού νεαρού αστεριού TW Hydrae αποκαλύπτει τους κλασικούς δακτυλίους και τα κενά που υποδηλώνουν ότι οι πλανήτες σχηματίζονται σε αυτό το σύστημα. Credit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Το 2019, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) για να κοιτάξουν στο νεαρό ηλιακό σύστημα που σχηματίζεται γύρω TW Hydrae , ένα νεαρό αστέρι T-Tauri περίπου 196 έτη φωτός μακριά. Κατάφεραν να δουν τους δακτυλίους και τα κενά στο δίσκο του υλικού γύρω από το αστέρι που είναι τα ενδεικτικά σημάδια του σχηματισμού πλανητών.
Στην πραγματικότητα, η παρακολούθηση καθώς νεαροί πλανήτες σκαλίζουν κενά σε έναν αστρικό δίσκο είναι σχεδόν συνηθισμένη. Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το ALMA έχουν εντοπίσει πολλά από αυτά τώρα.
Οι εικόνες υψηλής ανάλυσης της ALMA από κοντινούς πρωτοπλανητικούς δίσκους, οι οποίες είναι αποτελέσματα των Υποδομών Δίσκων στο Έργο Υψηλής Γωνιακής Ανάλυσης (DSHARP). Πίστωση: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Είναι αξιοσημείωτο ότι το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του ESO μπόρεσε ακόμη και να εντοπίσει δύο μωρούς πλανήτες σε ένα σύστημα, το 2018. Οι εικόνες δεν δείχνουν πολλές λεπτομέρειες και δεν μας λένε πολλά, αλλά εξακολουθεί να είναι ένα ορόσημο.
Αυτή η εντυπωσιακή εικόνα από το όργανο SPHERE στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο της ESO είναι η πρώτη καθαρή εικόνα ενός πλανήτη που πιάστηκε στην ίδια την πράξη σχηματισμού γύρω από το νάνο αστέρι PDS 70. Πιστώσεις: ESO/A. Müller et al.
Όπως πολλοί τομείς της αστρονομίας, το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα συμβάλει σημαντικά. Με τον κορωνογράφο του και την ικανότητά του να βλέπει στο μεσαίο υπέρυθρο, θα μπορεί εξετάστε αυτά τα νεαρά ηλιακά συστήματα για να δούμε τι συμβαίνει. Η ευαισθησία του Webb θα είναι πολύ ανώτερη από άλλα τηλεσκόπια. Οι αστρονόμοι θα χρησιμοποιήσουν τη δύναμή και την ευαισθησία του για να εξετάσουν νέα συστήματα όπως το IRS 63. Ποιος ξέρει τι θα βρουν.
«Το πρόγραμμά μας εξετάζει τους νέους, νεοσχηματισμένους πλανήτες και τα συστήματα που κατοικούν», εξήγησε η επικεφαλής ερευνήτρια Beth Biller του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, σε μια δελτίο τύπου . «Ο Webb θα μας επιτρέψει να το κάνουμε αυτό με πολύ περισσότερες λεπτομέρειες και σε μήκη κύματος που δεν έχουμε εξερευνήσει ποτέ πριν. Επομένως, θα είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του πώς σχηματίζονται αυτά τα αντικείμενα και πώς είναι αυτά τα συστήματα».
Μια εικόνα Gemini Planet Imager (GPI) του HR 4796A, του μεγαλύτερου αστέρα στο δυαδικό σύστημα HR 4796. Δείχνει τον περιαστρικό δίσκο γύρω από τον HR 4796A, έναν δακτύλιο σκόνης και πλανητοειδείς, παρόμοιο κατά κάποιο τρόπο με μια κλιμακούμενη έκδοση της ζώνης Kuiper του ηλιακού συστήματος. Πίστωση εικόνας: Marshall Perrin (Space Telescope Science Institute), Gaspard Duchene (UC Berkeley), Max Millar-Blanchaer (Πανεπιστήμιο του Τορόντο) και η ομάδα GPI.
Το πρόγραμμα Early Release Science του James Webb έχει ήδη επιλέξει έναν στόχο. HR 4796 είναι ένα νεαρό σύστημα δυαδικού αστεριού με πλανητικομικρά που οι αστρονόμοι παρακολουθούν εδώ και 20 χρόνια. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτό το σύστημα, με τα πλανητάρια του και τον δακτύλιο των συντριμμιών του, είναι αντιπροσωπευτικό πολλών νέων ηλιακών συστημάτων.
Ανάλογα με το τι βρίσκει το JWST, ίσως χρειαστεί να ενημερώσουμε ξανά τις θεωρίες μας. Ας ελπίσουμε.
Περισσότερο:
- Δελτίο τύπου: Μεγαλώνοντας Stardust: Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν ότι τα αστέρια και οι πλανήτες μπορεί να είναι αδέρφια
- Δημοσιευμένη έρευνα: Τέσσερις δακτυλιοειδείς δομές σε έναν πρωτοαστρικό δίσκο ηλικίας μικρότερης των 500.000 ετών
- Σύμπαν σήμερα: Οι αστρονόμοι βλέπουν αξιολάτρευτους μωρούς πλανήτες να σχηματίζονται γύρω από ένα νεαρό αστέρι