Kolejne spojrzenie na proces powstawania planet
Składające się z 66 precyzyjnie wykonanych anten obserwatorium Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest największym na świecie układem teleskopów radiowych. ALMA jest teleskopem nie tylko o ogromnych rozmiarach, ale również o ogromnym znaczeniu dla wielu różnych dziedzin. Najbardziej jednak obserwatorium przyczyniło się do zmiany stanu badań w dziedzinie poświęconej powstawaniu planet. „Wiemy, że młode gwiazdy są często otoczone dyskiem gazu i pyłu, z którego mogą formować się planety”, mówi Til Birnstiel, profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie Ludwika i Maksymiliana w Monachium. „Dzięki interferometrowi ALMA jesteśmy w stanie po raz pierwszy zobaczyć te dyski protoplanetarne w wysokiej rozdzielczości”. Jednak te po raz pierwszy w historii zaobserwowane obrazy ukazujące wypełnione pyłem pierścienie, z których mogą formować się planety, zrodziły również szereg nowych pytań. „Chcieliśmy się dowiedzieć, czy planety są przyczyną, czy może wynikiem tych struktur”, dodaje Birnstiel. Z tym postanowieniem Birnstiel – uzbrojony w nowo opracowane modele i wsparcie w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu DustPrints – rozpoczął zbieranie z wszechświata „odcisków palców” pozostawionych przez proces formowania się planet.
Powstawanie planet szybsze niż zakładano
Na początku realizacji projektu panowała powszechna zgoda co do tego, że planety nie przyczyniają się do powstawania tych struktur dyskowych. W tym miejscu należy jednak zaznaczyć, że to stwierdzenie straciło już swoją ważność. „Po pierwsze wykazaliśmy, że struktury te są wszechobecne oraz że za każdym razem, gdy jeden z tych dysków jest obserwowany w wystarczająco wysokiej rozdzielczości, można również zauważyć obecność swego rodzaju podstruktury”, wyjaśnia Birnstiel. Korzystając z nowej metody analizy tych danych obserwacyjnych, naukowcy byli w stanie wykazać, że gaz wokół pierścieni ulega zaburzeniom w taki sam sposób, jak wokół planety. Hipoteza ta została następnie udowodniona dzięki uzyskaniu pierwszego obrazu planety wewnątrz planety. „Odkrycia te naprawdę zmusiły uczonych zajmujących się tą kwestią do zaakceptowania faktu, że planety są główną przyczyną powstawania tych struktur i że w takim razie formowanie się planet musi przebiegać szybciej, niż wcześniej uważaliśmy za możliwe”, podkreśla Birnstiel.
Co było pierwsze: struktura czy planeta?
Projekt, który otrzymał wsparcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, doprowadził również do odkrycia, że wszystkie obserwowane podstruktury mają taki sam stopień przezroczystości. Według Birnstiela było to o tyle dziwne, że warunki pomiędzy różnymi młodymi gwiazdami powinny być zróżnicowane. Jak się okazało, rozwiązaniem tej kosmicznej zagadki było aktywne formowanie się obiektów wielkości asteroid. „To wyraźnie wskazuje na fakt, że pytanie o proces powstawania planet przypomina pytanie o to, co było pierwsze: jajko czy kura?”, zauważa Birnstiel. „Planety wydają się być przyczyną większości obserwowanych struktur, a z kolei struktury te wydają się być najlepszymi miejscami do szybkiego formowania się tychże planet”. Naukowcy są w trakcie przygotowywania do publikacji wyników symulacji, które pozwolą im wykazać, że planety mogą powstawać w sposób sekwencyjny, podobnie do tego, jak kura znosi jaja, z których wykluwają się kurczęta.
Potrzeba dalszych badań
Zespół projektu DustPrints nie tylko wykazał, że planety tworzą się znacznie szybciej, niż wcześniej sądzono, ale także opracował metody umożliwiające przedstawienie szczegółów przebiegu tego procesu. Za niektóre z opracowanych narzędzi uczeni otrzymali nagrody, a wiele innych jest już dostępnych i wykorzystywanych w dalszych badaniach. Co więcej, wykonane w ramach projektu zdjęcia dwudziestu młodych dysków protoplanetarnych posiadających podstruktury zyskały status ikon w tej dziedzinie i są obecnie szeroko wykorzystywane w debatach i prezentacjach. Jednak pomimo licznych osiągnięć uczeni mają przed sobą jeszcze ogrom wytężonej pracy. „Musimy zrozumieć, w jaki sposób rozpoczyna się proces powstawania planet”, podsumowuje Birnstiel. „Oznacza to badanie najwcześniejszych etapów powstawania gwiazd, kiedy to dysk dopiero zaczyna się formować, co pozwoli nam dowiedzieć się, czy te początkowe etapy wpływają na – a może nawet wyzwalają – proces tworzenia się planet”. W ostatnim czasie Birnstiel otrzymał na ten właśnie cel przyznawaną przez ERBN dotację dla naukowców u progu samodzielności badawczej – zatem warto bliżej śledzić tę „przestrzeń” badawczą.
Słowa kluczowe
DustPrints, gwiazdy, planety, ALMA, powstawanie planet, radioteleskop, astrofizyka, wszechświat