Misterul formării planetelor - rezolvat

Astronomii, folosind noul radiotelescop interferometric ALMA (lungimi de undă milimetrice și submilimetrice), au analizat o regiune din jurul unei stele tinere în care particulele de praf pot crește în dimensiuni printr-un proces de aglomerare.

Noi observaţii ale „capcanei de praf" din jurul unei stele tinere rezolvă misterul de lungă durată al formării planetelor

Este pentru prima dată când un astfel de proces de capcană a prafului a fost observat într-un mod clar și modelat teoretic. Se rezolvă astfel un mister de lungă durată cu privire la modul în care particulele de praf din discurile stelare cresc până la dimensiuni mai mari, astfel încât acestea să poată forma în cele din urmă comete, planete și alte corpuri stâncoase.

O reprezentare artistică ce arată capcana de praf din sistemul Oph-IRS 48. Capcana de praf oferă un loc sigur pentru pietrele mici din disc, permițând acestora să se strângă împreună în grupuri şi să crească până la dimensiuni care să le permită să-şi poată continua existenţa.
Credit ESO/L. Calçada

Astronomii cunosc acum că există numeroase planete aflate în jurul altor stele. Dar ei nu înţeleg pe deplin modul în care acestea se formează şi există multe aspecte privind formarea cometelor, planetelor şi a altor corpuri stâncoase care rămân un mister. Cu toate acestea noile observații, ce au utilizat puterea telescopului ALMA, pot răspunde acum la una dintre cele mai importante întrebări: cum pot particulele mici de praf din discul aflat în jurul unei stele tinere să crească din ce în ce mai mari pentru a deveni în cele din urmă pietriş şi bolovani, având dimensiuni mai mari de un metru?

Modelele computerizate sugerează că particulele de praf cresc atunci când se ciocnesc și rămân împreună. Cu toate acestea, atunci când aceste particule mai mari se ciocnesc din nou, la viteze mari, ele sunt de multe ori zdrobite în bucăți. Chiar și atunci când acest lucru nu se întâmplă, modelele arată că particulele se deplasează rapid spre interior, din cauza frecării dintre praf și gazul din disc, căzând pe steaua lor de origine, neexistând practic nicio șansă ca acestea să poată creşte mai mult.

Cumva praful are nevoie de un loc sigur în care particulele să poată continua să crească până când sunt suficient de mari pentru a nu fi ulterior sfărâmate prin procesul menționat. Aceste „capcane de praf" au fost propuse anterior la nivel teoretic, dar până în prezent nu a existat nicio dovadă observaţională privind existenţa lor.

O reprezentare artistică a structurii discului de praf din jurul Oph IRS 48. Petele maro reprezintă grăunţele mari și mici. Grăunţele mari, detectate cu ajutorul ALMA, sunt concentrate în capcana de praf aflată în partea de jos a imaginii. Cu albastru s-a reprezentat distribuția gazului de monoxid de carbon. În spaţiul liber din disc este reprezentat un corp planetar ipotetic care îndepărtează resturile din zonă și asigură condițiilor necesare pentru a se forma capcana de praf.
Credit Nienke van der Marel.

Nienke van der Marel, un doctorand al Leiden Observatory din Olanda şi autorul articolului, a fost folosit ALMA împreună cu colegii săi pentru a studia discul de praf dintr-un sistem numit Oph-IRS 48. Ei au descoperit că steaua este înconjurată de un inel de gaz având o gaură centrală care, probabil, a fost creată de o planetă nevăzuta sau de o stea companion. Observaţiile anterioare folosind Very Large Telescope aparținând ESO (European Southern Observatory) au demonstrat deja că particulele mici de praf formează, de asemenea, o structură similară de inel. Dar noua observaţie realizată de ALMA a locului unde au fost găsite particule mai mari de praf, având dimensiuni de ordinul milimetrilor, a fost foarte diferită !

„La început forma prafului din imagine a reprezentat o adevărată surpriză pentru noi", spune Nienke. „În loc de a vedea un inel, aşa cum ne aşteptam, am găsit o formă foarte clară de nucă de caju! A trebuit să ne convingem singuri că această caracteristică este reală, dar semnalul puternic şi claritatea observaţiilor ALMA nu au lăsat nicio îndoială privind structura analizată. Atunci am înţeles ce am găsit".

Ceea ce s-a descoperit a fost o regiune unde cele mai mari grăunţe de praf au fost prinse şi acestea ar putea creşte mult mai mari prin ciocnirea şi lipirea lor împreună. Aceasta este capcana de praf, obiectul căutărilor teoreticienilor.

Imaginea ALMA a capcanei de praf din jurul Oph IRS 48. Forma caracteristică distinctivă de semilună se datorează acumulării de grăunţe mari de praf în regiunile exterioare ale discului. Aceasta oferă un refugiu sigur pentru grăunţele de praf care pot creşte şi forma obiecte din în ce mai mari.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Nienke van der Marel.

După cum explică Van der Marel: „Este probabil să ne uităm la un fel de fabrică de comete deoarece sunt îndeplinite condițiile pentru ca particulele să crească de la un milimetru la dimensiunea unui comete. Praful nu permite formarea de planete având dimensiuni normale la această distanță de stea. Dar, în viitorul apropiat, ALMA va fi capabil de a observa capcane de praf aflate mai aproape de stelele lor de origine, acolo unde au loc aceleași procese. Astfel de capcane de praf pot fi într-adevăr leagănul viitoarelor planetele nou-formate".

Capcana de praf determină ca particulele de praf mai mari să se mută în direcţia regiunilor de presiune mai mare. Modelarea computerizată a demonstrat că o astfel de regiune de înaltă presiune poate proveni de la mişcarea gazului aflat la marginea unei găuri în gaz, similar cu ce a fost găsit în acest disc.

„Combinând activitatea de modelare cu observaţiile de înaltă calitate ale ALMA obţinem un proiect unic", spune Cornelis Dullemond de la Institute for Theoretical Astrophysics din Heidelberg, Germania, care este un expert privind evoluţia prafului şi modelarea discului şi un membru al echipei. „La momentul în care au fost obţinute aceste observaţii, noi lucram la modele ce preziceau exact aceste tipuri de structuri: o coincidenţă foarte norocoasă".

Observațiile au fost făcute în timp ce telescopul ALMA era încă în curs de a fi construit. Ei s-au folosit de receptoarele de bandă ale ALMA care au permis obţinerea celor mai clare imagini de până acum.

„Aceste observații arată că ALMA este capabil de a oferi date ştiinţifice chiar şi cu mai puţin de jumătate din capacitate în funcţiune", spune Ewine van Dishoeck din partea Leiden Observatory, care a adus o contribuţie majoră la proiectul ALMA pentru mai mult de 20 de ani. „Saltul incredibil de sensibilitate şi claritate a imaginii ne-a dat posibilitatea de a studia aspectele de bază privind formarea planetelor în moduri care nu au fost pur şi simplu posibile înainte".