Obří planety a komety bojují na disku tvořícím planetu

Obrázek z dalekohledu ALMA v Chile - nikoli umělecký koncept - mladé hvězdy HD 163296. Hvězda je obklopena diskem plynu a prachu, kde se předpokládá, že se vytvářejí alespoň 3 obří planety… a vyplavuje ji pomocí tohoto systému budoucí komety a asteroidy. Obrázek přes ALMA / S. Dagnello / Istituto Nazionale di Astrofisica.

Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) - se sídlem v Římě - oznámila 23. května 2019 novou studii, která poskytuje klíčový pohled na proces, kterým sluneční soustavy budují své planety. Studie je založena na pozorováních s dalekohledem ALMA v Chile. Zkoumalo, zda by anomální vlastnosti v rozložení prachu a plynu na disku tvořícím planetu vzdálené hvězdy - zvané HD 163296 - mohly vzniknout interakcí obřích planet systému s jeho planetami, nebo bloky budování planety. Zbytky planetesimálů, které se nedostanou do formování planet, se jednoho dne stanou asteroidy a komety tohoto systému.

Nová studie je publikována v recenzovaném Astrophysical Journal .

Po staletí astronomové teoretizovali, že se planety tvoří ve zploštělém disku plynu a prachu obklopujícího nově narozenou hvězdu. V roce 2014 se ALMA stala první, která zachytila ​​podrobné obrazy těchto kruhových disků, konkrétně první obraz jasných soustředných prstenů na disku, kolem hvězdy HL Tau. Tím se odhaluje proces, kterým se rodí sluneční soustava. Od té doby ALMA zachycuje ještě menší struktury v kruhových discích - mezery, prsteny a spirálová ramena - většina z nich se domnívala, že jsou spojeny s přítomností mladých planet a vycházejí ze souhry gravitace nových planet s jejich okolí. Prohlášení od INAF vysvětluje:

Mezi nejlépe studované disky pozorované ALMA patří okolní HD 163296, 5 milionů let stará hvězda, která je dvakrát větší než naše slunce. Disk HD 163296 je jak masivní (o něco méně než jedna desetina sluneční hmotnosti) a široký (asi 500 au, dvakrát vnější hranice Kuiperova pásu ve sluneční soustavě) a bylo navrženo, aby bylo domovem pro alespoň tři planety s hmotami mezi dvojnásobkem hmotnosti Uranu a Jupitera. Nejnovější pozorování ALMA umožnila prostorově a kompozičně charakterizovat strukturu disku HD 163296 na úroveň, která byla dříve neporušená, a ukázala, jak je prach na tomto disku stále poměrně hojný (více než 300násobek hmotnosti Země), a to bez ohledu na jeho stáří a produkci nejméně tři obří planety. Stejná pozorování také odhalila některá podivná chování prostorového rozložení prachu, které nelze snadno vysvětlit pouze v důsledku jeho souhry s plynem a nově vytvořenými obřími planetami.

Jak se planety tvoří na disku, považuje se prach na disku za zametaný, takže se časem snižuje. Astronomové očekávali, že v průběhu času uvnitř nejvnitřnější planety HD 163296 zmizí prach z oblasti. Současně si mysleli, že prach přicházející z vnějších oblastí disku by se měl hromadit mimo oběžné dráhy druhé a třetí planety. Pozorování ALMA místo toho odhalila, že oblasti uvnitř první planety a mezi první a druhou planetou mají některé z nejvyšších koncentrací prachu celého disku. Nová studie zkoumala, zda by tyto neobvyklé prachové vlastnosti mohly vyplynout z interakce obřích planet s komponentou disku, která dříve nebyla započítána: planetesimály.

Diego Turrini z INAF - hlavní autor studie - uvedl:

Ze studie sluneční soustavy víme, že zralé obvodové disky jako HD 163296 nejsou složeny pouze z plynu a prachu, ale obsahují také neviditelnou populaci malých planetárních objektů podobných našim asteroidům a kometám.

Astronom Diego Turrini z Istituto Nazionale di Astrofisica se sídlem v Římě. Vedl tým, který prozkoumával malé struktury v soumraku na disku kolem hvězdy HD 163296. Obrázek přes INAF.

Turrini a jeho kolegové prováděli počítačové simulace, které ukazují, jak se během růstu tří obřích planet HD 163296 vstřikuje větší a větší část okolní populace planetesimálů na velmi excentrické a velmi nakloněné oběžné dráhy podobné těm na kometách v naší sluneční soustavě. . Francesco Marzari z Padovy univerzity, spoluautor studie, komentoval:

Hlavním výsledkem této dynamické excitace je vyšší míra násilných kolizí mezi planetesimály.

Tým zjistil, že srážky mezi planetesimály zůstávají docela jemné, dokud se obří planety nepřibližují ke svým konečným masám, ale pak rychle stonásobně narostou násilím a začnou mrhat planetesimály. Marzari řekl:

Tyto násilné srážky doplňují populaci prachu na disku. Nový prach produkovaný tímto procesem má však odlišné orbitální rozdělení než původní a soustředí se hlavně na dvou místech: orbitální oblast v první obří planetě a kruh mezi první a druhou obří planetou.

Více informací o výsledku studie si přečtěte zde

Leonardo Testi, také spoluautor studie a vedoucí střediska podpory ALMA Evropské jižní observatoře, uvedl:

Tato studie byla zahájena jako projekt pathfinder s cílem zjistit, zda dynamická excitace způsobená nově vytvořenými obřími planetami může skutečně vyvolat pozorovatelné efekty. Proto jsme jen poškrábali povrch tohoto procesu a jeho důsledky. Nicméně, jeho fyzický recept je docela jednoduchý: masivní planety se tvoří v disku planetesimals. Vzhledem k rozšířeným podpisům možných mladých obřích planet, které objevujeme s ALMA, a vzhledem k prodloužení doby trvání dynamických efektů způsobených jejich vzhledem, bychom mohli hledat proces, který je mezi oběžnými disky docela běžný.

A tak je zodpovězena otázka, jak byla naše Země a sluneční soustava vytvořena!

Grafika znázorňující disk ledových planetesimálů skrytých v obvodovém disku HD 163296 při pohledu shora a ze strany. Mladé obří planety rychle vytvářejí velkou populaci exokometů působících jako vysokorychlostní projektily pro jiná těla. Obrázek přes D. Turrini / INAF-IAPS.

Sečteno a podtrženo: Nová teleskopická pozorování mladé hvězdy HD 163296 ukazují prstence prachu v jeho obklopujícím oblaku prachu, což naznačuje, že obří planety interagují s malými těly, která se stanou asteroidy a komety.

Zdroj: Resurgence poměru prachu a plynu v cirkulačních discích kvůli tvorbě obřích planet: Případ HD 163296

Přečtěte si více přes INAF