Nový výzkum posouvá naše chápání rané planetární formace

Mezinárodní tým astronomů vedený Richardem Teaguem, profesorem na katedře věd o Zemi, atmosféře a planetách (EAPS) na MIT, shromáždil dosud nejcitlivější a nejpodrobnější pozorování 15 protoplanetárních disků. Tato data poskytují astronomické komunitě nový pohled na mechanismy rané planetární formace.

„Nové přístupy, které jsme vyvinuli ke shromažďování těchto dat a snímků, jsou jako přechod z čtecího skla na dalekohled s vysokým rozlišením – odhalují zcela novou úroveň detailů v těchto planetárních systémech,“ říká Teague.

Jejich znalosti byly zveřejněny ve speciální kolekci 17 článků v časopise Astrophysical Journal of Letters, přičemž několik dalších vyjde během léta. Zpráva vrhá světlo na celou řadu otázek, včetně způsobů výpočtu hmotnosti disku měřením jeho gravitačního vlivu a extrakcí profilů rotační rychlosti s přesností na metry za sekundu.

Protoplanetární disky jsou soubory prachu a plynu kolem mladých hvězd, ze kterých se formují planety. Pozorování prachu v těchto discích je jednodušší, protože je jasnější, ale informace, které lze z pouhého prachu získat, jsou pouze snímkem toho, co se děje. Teagueův výzkum zaměřil pozornost na plyn v těchto systémech, protože nám může říci více o dynamice v disku, včetně vlastností jako je gravitace, rychlost a hmotnost.

Aby bylo dosaženo rozlišení potřebného ke studiu plynu, program exoALMA strávil pět let koordinací delších pozorovacích oken na Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) v Chile. V důsledku toho byl mezinárodní tým astronomů, z nichž mnozí jsou vědci na začátku kariéry, schopen shromáždit některé z nejpodrobnějších snímků protoplanetárních disků, jaké kdy byly pořízeny.

„Impresivní na těchto datech je, že jsou tak kvalitní, že komunita vyvíjí nové nástroje pro extrakci signálů z planet,“ říká Marcelo Barraza-Alfaro, postdoktorand v Planet Formation Lab a člen projektu exoALMA.

V důsledku toho „vidíme nové věci, které vyžadují, abychom upravili naše chápání toho, co se děje v protoplanetárních discích,“ říká.

Jeden z článků s největším vlivem EAPS zkoumá planetární formaci prostřednictvím vírů. Již delší dobu je známo, že jednoduchý často navrhovaný model formace, kde se prachové částice shlukují a „sněhová koule“ do planetárního jádra, nestačí. Jedním z možných způsobů, jak pomoci, jsou víry, neboli lokalizované poruchy v plynu, které přitahují prach do středu. Zde se pravděpodobněji shlukují, podobně jako se mýdlové bubliny shlukují ve vaně, která se vypouští.

„Vidíme koncentraci prachu v různých oblastech, ale nevidíme, jak se pohybuje,“ říká Lisa Wölfer, další postdoktorandka v Planet Formation Lab na MIT a první autorka článku. Ačkoli astronomové vidí, že se prach shromáždil, není dostatek informací k vyloučení toho, jak se tam dostal.

„Pouze prostřednictvím dynamiky v plynu můžeme skutečně potvrdit, že se jedná o vír, a ne něco jiného, co vytváří strukturu,“ říká.

Během období sběru dat Teague, Wölfer a Barraza-Alfaro vyvinuli jednoduché modely protoplanetárních disků, které porovnali se svými pozorováními. Když však dostali data zpět, modely nedokázaly vysvětlit, co viděli.

„Viděli jsme data a nic už nefungovalo. Bylo to příliš složité,“ říká Teague. „Dříve si každý myslel, že nejsou dynamické. To je naprosto nepravdivé.“

Tým byl nucen přehodnotit své modely a pracovat s komplexnějšími modely, které zahrnují větší pohyb v plynu, jejichž spuštění vyžaduje více času a zdrojů. Ale rané výsledky vypadají slibně.

„Vidíme, že vzory vypadají velmi podobně; myslíme si, že je to nejlepší testovací případ pro další studium s více pozorováními,“ říká Wölfer.

Nová data, která byla zpřístupněna veřejnosti, přicházejí v příhodnou dobu: ALMA bude v následujících letech mimo provoz kvůli modernizaci. Během této doby mohou astronomové pokračovat v monumentálním procesu prověřování všech dat.

„Bude to produkovat výsledky po léta a léta,“ říká Teague.