Planeti nastaju u protoplanetarnim diskovima – koncentracijama prašine i plina koje orbitiraju oko mlade zvijezde u razvoju. Iako je snimljeno već nekoliko desetaka takvih diskova, do sada su zabilježena samo dva slučaja u kojima su planeti ‘uhvaćeni’ neposredno tijekom formiranja. U težnji za otkrivanjem ranog formiranja planeta i njihovog utjecaja na izvorne diskove, astronomi sada koriste napredne instrumente smještene na svemirskom teleskopu James Webb.
Kroz trodijelno istraživanje koje su proveli stručnjaci sa Sveučilišta Michigan, Sveučilišta Arizona i Sveučilišta Victoria, integrirane su slike dobivene pomoću teleskopa James Webb s ranijim zapažanjima Hubbleovog svemirskog teleskopa i Atacama Large Millimeter Array (ALMA) u Čileu. Korištenjem ovih dodatnih podataka, istraživački tim je analizirao protoplanetarne diskove HL Tau, SAO 206462 i MWC 758 u potrazi za novonastajućim planetima.
Rezultati objavljeni u Astronomskom časopisu otkrivaju dosad neviđene interakcije između diskova koji se formiraju i oblaka prašine i plina oko mladih zvijezda, što pruža novi uvid u procese formiranja planeta.
U sklopu istraživanja provedenog na Sveučilištu Michigan pod vodstvom astronoma Gabrielea Cugna, svemirski teleskop James Webb usmjeren je na disk oko protuzvijezde nazvane SAO 206462. Istraživači su potencijalno identificirali novi planet u fazi formiranja unutar tog diska, no rezultati nisu bili u skladu s očekivanjima.
Prema simulacijama, očekivano je da bi planet bio masivan, velik, vruć i svijetao, unutar samog diska. “Međutim, nismo pronašli ništa slično. To sugerira da je planet možda hladniji nego što pretpostavljamo ili je skriven materijalom koji nam onemogućava uočavanje,” objasnio je Cugno, koji je također koautor na sve tri studije. “Iako smo identificirali potencijalnog novog kandidata za drugi planet, još uvijek nismo u mogućnosti sa sigurnošću potvrditi radi li se o planetu ili eventualno o slabo vidljivoj pozadinskoj zvijezdi ili galaksiji koja utječe na naša zapažanja. Nadamo se da će buduća istraživanja pružiti jasniji odgovor na to pitanje.
Prethodna promatranja
Disk je bio predmet ranijih opažanja, koristeći instrumente poput Hubbleovog svemirskog teleskopa, teleskopa Subaru, Vrlo Velikog Teleskopa (VLT) i ALMA-e. Ova opažanja su otkrila da je disk obilježen dvjema izraženim spiralama, za koje se pretpostavlja da su rezultat planetarnog formiranja. Očekivani planet, prema istraživačkom timu Sveučilišta Michigan, bio je plinoviti div – vrsta planeta sastavljena primarno od vodika i helija, analogno Jupiteru u našem sunčevom sustavu.
Cugno ističe izazov detekcije: “Ono što pokušavamo otkriti je do milijun puta slabije od svjetlosti zvijezde, što je slično pokušaju uočavanja male žaruljice pored svjetionika.”
Za dublji uvid u disk, korišten je instrument NIRCam na JWST-u, koji detektira infracrveno svjetlo. Primjenom tehnike poznate kao angularno diferencijalno snimanje, astronomi su uspjeli detektirati ne samo toplinsko zračenje potencijalnog planeta već i specifične emisijske linije koje nastaju kada materijal udari o površinu planeta s velikom brzinom.
Cugno objašnjava: “Kada materijal udari planet, na površini dolazi do ‘šoka‘, što rezultira emisijom svjetlosti na određenim valnim duljinama. Koristili smo specijalizirane uskobandne filtre za detekciju ove akrecije, što je praksa već primijenjena u optičkom spektru s površine Zemlje, ali nikada do sada u infracrvenom spektru s JWST-om.”
Istraživanje Sveučilišta Victoria, koje vodi student astronomije Camryn Mullin, daje uvid u disk oko mlade zvijezde HL Tau. Mullin napominje: “HL Tau je najmlađi sustav koji smo istraživali, okružen s gustom prilivom prašine i plina prema disku. JWST nam je omogućio da vidimo ovaj materijal s nevjerojatnom razinom detalja, no to, nažalost, otežava detekciju signala potencijalnih planeta.” Disk HL Tau je poznat po svojim brojnim prstenovima i prazninama, koji su kako astronomi kažu mogući domovi planetarnih tijela.
Pretraga drugih sustava
Jarron Leisenring, vodeći istraživač promatračke kampanje u potrazi za planetima u formaciji sa Stewardovog opservatorija na Sveučilištu u Arizoni, ističe: “Iako imamo obilje dokaza o formiranju planeta, HL Tau je još uvijek previše mlad i prekriven sa previše prašine za izravno promatranje planeta. Zato smo proširili naša istraživanja na druge mlade sustave koji već imaju identificirane planete, kako bismo dobili kompletniju sliku.”
Iznenađujuće, JWST je otkrio neanticipirane detalje – protozvjezdani ‘omotač’, gusti tok prašine i plina koji okružuje mladu zvijezdu koja je tek počela formirati, prema Leisenringu. Ovaj materijal, pod utjecajem gravitacije, pada prema zvijezdi i disku, služeći kao osnovni materijal za formiranje planeta i njihovih prethodnika.
Istraživanje Sveučilišta u Arizoni, pod vodstvom Kevina Wagnera, NASA Hubble/Sagan Fellowa na Stewardovom opservatoriju, fokusiralo se na protoplanetarni disk MWC 758. Slično SAO 206462, ranija opažanja ovog tima pokazala su spiralne strukture koje se formiraju unutar diska, sugerirajući prisutnost masivnog planeta koji kruži oko svoje zvijezde domaćina.
Unatoč nedostatku otkrića novih planeta u najnovijim promatranjima, osjetljivost mjerenja je bila revolucionarna, omogućavajući istraživačima da postave dosad najstroža ograničenja za moguće planete. Konkretno, rezultati isključuju prisutnost dodatnih planeta u vanjskim područjima MWC 758, što ukazuje na postojanje samo jednog ogromnog planeta koji je odgovoran za spiralne strukture.
Nedostatak egzoplaneta u opservacijama
“Nedostatak otkrića planeta u svim triju sustavima ukazuje na to da su planeti odgovorni za praznine i spiralne ruke ili previše blizu svojih zvijezda domaćina ili su previše slabi da bi ih JWST mogao otkriti,” objašnjava Wagner, suautor na sve tri studije. “Ako je ovo potonje točno, sugerira da su ti planeti relativno male mase, niske temperature, ili su obavijeni prašinom, ili je riječ o kombinaciji tih faktora, kako se vjerojatno može pretpostaviti za MWC 758.”
Otkrivanje planeta tijekom njihove formacije ključno je jer omogućava astronomima da dobiju uvid ne samo u proces formiranja, već i u raspodjelu kemijskih elemenata unutar planetarnog sustava.
“Tek oko 15% zvijezda poput Sunca ima planete slične Jupiteru. Izuzetno je važno razumjeti kako se takvi planeti formiraju i razvijaju, te poboljšati naše teorije,” naglašava Michael Meyer, astronom sa Sveučilišta Michigan i suautor na sve tri studije. “Neki astronomi vjeruju da ovi plinoviti divovi igraju ključnu ulogu u regulaciji dostave vode stijenovitim planetima koji se formiraju bliže zvijezdi.”
Razumijevanje utjecaja tih diskova na formiranje plinovitih divova pomoći će astronomima da bolje shvate karakteristike i evoluciju protoplanetarnih diskova iz kojih kasnije nastaju stijenoviti, Zemlji slični planeti, dodaje Meyer.
Cugno ističe: “U svakom disku koji smo analizirali s dovoljno visokom rezolucijom i osjetljivošću otkrili smo velike strukture poput praznina, prstenova i, u slučaju SAO 206462, spirala. Većinu, ako ne i sve, ovih struktura možemo objasniti interakcijom formirajućih planeta s materijalom diska, iako postoje i alternativna objašnjenja koja ne uključuju prisutnost divovskih planeta.”
“Ako uspijemo izravno promatrati te planete, moći ćemo povezati određene strukture s formirajućim tijelima i usporediti procese formiranja s karakteristikama drugih sustava u kasnijim fazama razvoja. Time bismo mogli povezati točke i bolje razumjeti evoluciju planeta i planetarnih sustava u cjelini,” objašnjavaju znanstvenici.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
