Planety powstają znacznie szybciej niż dotychczas sądzono

Według nowych badań, planety powstają znacznie szybciej niż do tej pory uważali naukowcy. Pierwsze mogą pojawić się już w czasie mniej niż pół miliona lat od powstania gwiazdy. Odkrycia międzynarodowej grupy naukowców, zaakceptowane do publikacji na łamach pisma „Astronomy & Astrophysics”, a obecnie dostępne w bazie pre-printów arXiv, mogą dostarczyć cennych informacji o formowaniu się i ewolucji układów planetarnych.

Kosmiczne mgnienie oka

Planety rodzą się w masywnych dyskach protoplanetarnych, dyskach gazów i pyłów otaczających nowo powstałe gwiazdy. Jednak wykrycie tych bardzo młodych światów jest niezwykle trudne, ponieważ zarówno gwiazda, jak i sam dysk, świecą znacznie jaśniej niż jakakolwiek mała planeta.

We wcześniejszych badaniach astronomowie próbowali oszacować masy dysków protoplanetarnych w Drodze Mlecznej, by określić, czy jest w nich wystarczająco dużo materiału, by powstały z niego planety. Według tych badań, dyski w wieku od 1 do 3 milionów są zbyt ubogie w materiał potrzebny do powstania planety wielkości Jowisza, nie mówiąc o całych układach planetarnych.

W nowych analizach uczeni badali znacznie młodsze dyski protoplanetarne, bo w wieku od 0,1 do 0,5 miliona lat. Korzystali przy tym z sieci radioteleskopów ALMA w Chile oraz VLA w USA. Ich wyniki sugerują, że we wcześniejszych badaniach astronomowie albo przeoczyli jakiś ukryty rezerwuar materiału, albo zbyt późno obserwowali cały proces formowania się planet, po tym jak rosnące protoplanety pochłonęły już znaczną część materiału z dysku.

- Zamiast szukać brakującej masy, należy rozpocząć poszukiwania wcześniej, na wcześniejszym etapie procesu – powiedział Łukasz Tychoniec, obecnie doktorant w Leiden Observatory w Holandii.

Obłok Perseusza

Tychoniec wraz z kolegami badał 77 protogwiazd znajdujących się w obłoku molekularnym Perseusza, gigantycznym regionie gwiazdotwórczym oddalonym od Układu Słonecznego o około 1000 lat świetlnych. Uważa się, że ten gwiezdny żłobek ma od 100 tysięcy do 500 tysięcy lat.

Obserwatoria ALMA i VLA są niezwykle czułe. Potrafią zarejestrować promieniowanie w dalekiej podczerwieni z drobinek pyłu o długości około 1 milimetra przenikające przez chmury gazu. Pomiar całkowitej ilości światła podczerwonego emitowanego przez dyski pozwolił na oszacowanie, jak dużo pyłu się w nich znajduje, a tym samym, jaką mają masę.

Wyniki obserwacji wskazują, że młode dyski protoplanetarne zawierają o rząd wielkości więcej materiału niż starsze dyski w wieku 1 lub 2 milionów lat. Ta ilość materii jest więcej niż wystarczająca, by zaczęły formować się planety.

Badacze porównali zmierzone masy dysków z masami ponad dwóch tysięcy znanych nam układów egzoplanetarnych. We wszystkich przypadkach ich zmierzone masy mogą z łatwością stanowić materiał niezbędny do zbudowania populacji egzoplanet. Wygląda na to, że dyski w obłoku Perseusza nie będą miały problemu z utworzeniem egzoplanet.

- Implikacje tego odkrycia są głębokie - powiedział Alex Cridland z Leiden Observatory, współautor publikacji. - Cofając początkowy etap formowania się planet, musimy przemyśleć, jak naprawdę wygląda miejsce narodzin planet – dodał.

Zastrzeżenia

Duża wielkość próby i zastosowanie dwóch obserwatoriów, które widzą w nieco innych długościach fali i zestawiają różne populacje pyłu, wydają się potwierdzać zaproponowaną koncepcję. Jednak eksperci mają też zastrzeżenia. Chodzi w szczególności o badanie tylko jednego gwiezdnego żłobka w obłoku molekularnym Perseusza, który może mieć wyjątkowe warunki środowiskowe. Lepiej byłoby wyciągać wnioski z obszarów gwiazdotwórczych w wielu chmurach molekularnych.

Mimo to wyniki nowych badań z pewnością przyczynią się do rozwoju nowych modeli formowania się planet, umożliwiając nam lepsze zrozumienie przebiegu narodzin i ewolucji nie tylko egzoplanet, ale też naszego Układu Słonecznego.

Źródło: Science, fot. NASA/JPL-CALTECH