Zvijezde i planeti nerazdvojivo su povezani. Nastaju zajedno, a zvijezde oblikuju sudbinu planeta. Zvijezde stvaraju prašinjave protoplanetarne diskove iz kojih se rađaju planeti svih vrsta. Kada zvijezda umre, planeti bivaju razneseni, progutani ili osuđeni da vječnost provedu u hladnoći i tami.
Postoji temeljno pitanje: kako točno rođenje, život i smrt zvijezde utječu na planete? Ako to razumijemo, razumjet ćemo kako je nastala Zemlja i kako će nestati. Razumjet ćemo i rođenje, život i smrt egzoplaneta.
Novi znanstveni rad bavi se tim pitanjem i predlaže strategije promatranja potrebne za dublje razumijevanje. Glavni autor je Akke Corporaal, a studija je predana ESO-ovoj inicijativi “Expanding Horizons.”
“Zvijezde i planeti nastaju, žive i evoluiraju zajedno”, pišu autori. “Tijekom života zvijezde, prašinjavi cirkumstelarni diskovi i zvjezdani odljevi utječu na daljnju evoluciju zvijezde i planeta koji kruže oko nje.”
Mehanika prašine igra ogromnu ulogu u životima planeta. To uključuje način na koji se prašina kreće kroz protoplanetarni disk dok planeti nastaju. Uključuje i način na koji se prašina kreće dok zvijezde stare i napuštaju glavni niz. U tim okolnostima zvijezde se šire i ispuštaju snažne vjetrove koji oblikuju prašinu u njihovoj okolini. To uključuje vjetrove crvenih divova u različitim fazama evolucije, kao i prašinjave diskove koji nastaju nakon što zvijezde prođu te faze.
“Fizikalni procesi koji se događaju tijekom svake od tih faza određuju kako je Sunčev sustav, kao i egzoplanetarni sustavi, nastao, kako evoluira i kako će na kraju nestati”, objašnjavaju autori.
Teleskopi otkrivaju tajne, ali mnogo toga ostaje skriveno
Prije desetljeća astronomi su mogli samo sanjati o teleskopima koji danas rade. Znamo više o dalekim sustavima i našem vlastitom nego što su raniji astronomi mogli zamisliti. Astronomija je napravila velike korake prema razumijevanju zvijezda, planeta i prašinjavih okolina koje skrivaju detalje njihovih odnosa.
ALMA je pružio poglede na desetke protoplanetarnih diskova. Svemirski teleskop James Webb koristio je svoju infracrvenu sposobnost koja prodire kroz prašinu i otkrio nove strukture u tim diskovima, uključujući prstenove i spiralne krakove oko nekih zvijezda.
No unatoč svim tim očekivanim naprecima, trenutni i planirani instrumenti držat će ključne prozore u obradu prašine, uključujući formiranje i evoluciju planeta u prašinjavim okolinama diljem Hertzsprung-Russellovog dijagrama, nedostupnima.
Stvari poput rasta zrna prašine, grupiranja prašine i interakcija između planeta i njihovih prašinjavih okolina izvan su prostorne rezolucije postojećih i planiranih instrumenata.
Rast zrna prašine važan je jer predstavlja vezu između plinovitih zvijezda i kamenitih planeta. Prašinjavi diskovi mogu biti guste sredine gdje se zrna prašine sudaraju i lijepe. Na kraju dosegnu veličinu šljunka, što stvara problem. Doživljavaju takozvani radijalni drift, gdje ih plinovito trenje u disku vuče natrag prema zvijezdi. No šljunak se može grupirati u zonama visokog tlaka u disku, što im pomaže da savladaju plinovito trenje i radijalni drift. Razumijevanje kako se to točno događa nužno je za razumijevanje odnosa između zvijezda, prašine i planeta.
“Mapiranje kinematike i formiranja prašine na trenutno nerazlučivim skalama blizu zvijezde domaćina ključno je za naše razumijevanje fizike prašine, a time i za formiranje i evoluciju zvijezda i planeta”, pišu autori.
Prašina također djeluje kao termostat u prašinjavom disku. Zrna prašine apsorbiraju ultraljubičasto i vidljivo svjetlo sa zvijezda, a zatim ga ponovno emitiraju kao infracrveno, mijenjajući temperaturu diska. Kako zrna prašine postaju veća, njihove karakteristike se mijenjaju. Različito apsorbiraju svjetlo i zagrijavaju disk, što pomiče lokaciju linije smrzavanja. To ima ogroman učinak na to koje vrste planeta mogu nastati i gdje mogu nastati. Usput, zrna prašine su također mjesta gdje nastaju voda i organske kemikalije, koje se na kraju uključuju u formiranje planeta.
Prašina nije važna samo tijekom formiranja sustava. Kasnije u evoluciji, kada zvijezde postanu crveni divovi, prašina igra drugu ulogu. Crveni divovi proizvode snažne zvjezdane vjetrove koji mogu stvoriti novi prašinjavi disk. Moguće je da se u tim diskovima formiraju dodatni planeti.
Novi interferometar mogao bi otkriti skrivene detalje
Kako bi prodrijeli dublje u odnos između zvijezda, prašine i planeta, autori predlažu interferometar koji radi u bliskoj i srednjoj infracrvenoj regiji. Imao bi kutnu rezoluciju od oko 0,1 miliarcsekundi. Za usporedbu, Svemirski teleskop James Webb ima rezoluciju od 0,07 lučnih sekundi. Predloženi interferometar imao bi pet puta bolju kutnu rezoluciju od nizova VLTI i CHARA, trenutno najoštrijih instrumenata na nebu.
“Snimanje najnutarnijih regija diskova u kojima nastaju planeti na skalama od 0,1 miliarcsekundi omogućilo bi nam da testiramo i rafiniramo razumijevanje formiranja velikih struktura i interakcije planeta s diskom”, objašnjavaju autori. To uključuje regije od 0,01 do 10 astronomskih jedinica.
Nažalost, ključne strukture u unutarnjim diskovima trenutno su nerazlučive, čak i za najbliže diskove udaljene samo 500 svjetlosnih godina. Ključno je razlučiti prašinjave strukture na skalama manjim od astronomske jedinice, što je trenutno izvan dosega.
Autori su skicirali kako bi budući napredak trebao izgledati. Tijekom 2030-ih, instrumenti poput Ekstremno velikog teleskopa i VLT mogli bi se koristiti za pronalaženje egzoplaneta bliskih svojim zvijezdama. Ta prašinjava okolina ključna je za razumijevanje odnosa između zvijezda, prašine i planeta. Tijekom 2040-ih, predloženi infracrveni interferometar prodro bi još dublje u tu okolinu.
Postoji mnoštvo otvorenih pitanja. “Posebno je nejasno kako povezati različite faze evolucije crvenih divova u smislu fizike prašine, diskova i odljeva, te kako se planetarni sustavi oblikuju i evoluiraju u takvim prašinjavim okolinama”, pišu autori.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
