Astronomi su prvi put dobili detaljan uvid u razvoj planetarnih sustava u fazi koja je dugo bila slabo poznata. Pregled “ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures (ARKS)”, proveden pomoću niza Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), donio je najizoštrenije snimke dosad za 24 diska planetarnih ostataka: prašnjava pojasa koji ostaju nakon što planeti završe formiranje. Autori tu etapu opisuju kao prijelaz između ranih, plinom bogatih diskova u kojima se planeti stvaraju i kasnije, stabilnije konfiguracije sustava.
Karika koja je nedostajala između ranih diskova i zrelih sustava
“Često smo imali uvid u najranije faze nastanka planeta, ali do sada je nedostajala jasna slika njihovih ‘tinejdžerskih godina’”, rekla je Meredith Hughes, izvanredna profesorica astronomije na Sveučilištu Wesleyan u Middletownu (Connecticut, SAD) i suvoditeljica istraživanja. Thomas Henning, znanstvenik u Institutu Max Planck za astronomiju (MPIA) i drugi suvoditelj ARKS-a, objašnjava da pojasevi i diskovi planetarnih ostataka “predstavljaju fazu procesa nastanka planeta u kojoj dominiraju sudari”.
Henning objašnjava i što se iz ovakvih opažanja može iščitati: “Uz ALMA-u možemo opisati strukture diskova koje upućuju na prisutnost planeta. Istodobno, izravnim snimanjem i mjerenjima metodom radijalne brzine tražimo mlade planete u tim sustavima.” Kao usporedbu u Sunčevu sustavu autori navode Kuiperov pojas, prsten ledenih ostataka iza Neptuna koji čuva tragove velikih sudara i migracija planeta iz razdoblja prije milijardi godina. Analizom 24 extrasolarna pojasa planetarnih ostataka ARKS, prema autorima, pruža uvid u to kroz kakvu je fazu prolazio i naš sustav u vrijeme formiranja Mjeseca, kada su se planeti raspoređivali prema svojim konačnim orbitama, a ponegdje ih čak i razmjenjivali.
Što ARKS otkriva: prstenovi, praznine, plin i asimetrije
Diskovi planetarnih ostataka iznimno su slabi izvori: mogu biti stotinama, pa i tisućama puta tamniji od sjajnih, plinom bogatih diskova u kojima planeti nastaju. U ARKS-u ističu da je upravo ta razlika godinama ograničavala mogućnost detaljnog prikaza, no da su sada uspjeli dobiti snimke razlučivosti koja se u ovom području smatra novim standardom. Na njima se vide složene značajke: pojasevi s više prstenova, široki glatki haloi, oštri rubovi, ali i neočekivani lukovi te nakupine materijala.
Autori pritom pojašnjavaju i kako ALMA uopće dolazi do “slike”. Riječ je o sustavu sastavljenom od desetaka pojedinačnih radioteleskopa koji ne snimaju prizor u klasičnom smislu, nego prikupljaju radiosignale koje emitiraju čestice prašine i molekule. Ti se signali potom naknadno obrađuju i koreliraju, a završni se prikaz sintetizira iz toka radiovalova, pri čemu svaki teleskop doprinosi konačnom rezultatu. “Vidimo stvarnu raznolikost, ne samo jednostavne prstenove, nego pojaseve s više prstenova, haloe i snažne asimetrije, što otkriva dinamično i nasilno poglavlje planetarnih povijesti”, rekao je Sebastián Marino, voditelj programa ARKS i izvanredni profesor na Sveučilištu u Exeteru.
ARKS se opisuje kao najveći i najrazlučiviji pregled diskova planetarnih ostataka do danas, usporediv s konceptom “DSHARP-for-debris-disks”, te kao novo referentno mjerilo. U rezultatima se ističe da oko jedne trećine promatranih diskova pokazuje jasne podstrukture, uključujući višestruke prstenove ili izražene praznine. Takvi se uzorci tumače kao tragovi ranijih, planetotvornih etapa ili kao obrasci koje su planeti oblikovali tijekom znatno duljih razdoblja. Istodobno, u uzorku se vide i sustavi u kojima se strukture s vremenom “izravnaju” i prošire u šire pojaseve, što autori uspoređuju s načinom na koji se očekuje da se razvijao i Sunčev sustav.
U više sustava uočeni su i znakovi procesa koji autori opisuju kao “miješanje”: naznake zona mirnijeg i kaotičnijeg gibanja, uključujući vertikalno “napuhnuta” područja. Usporedba se povlači s Kuiperovim pojasom, gdje se razlikuju mirniji objekti klasičnog pojasa i tijela koja je raspršila Neptunova davna migracija. Posebno se izdvaja i rezultat prema kojem nekoliko diskova zadržava plin mnogo dulje nego što se očekivalo; u pojedinim sustavima taj preostali plin mogao bi utjecati na kemiju rastućih planeta ili potiskivati prašinu prema širokim halojima.
Česte su i asimetrije: mnogi su diskovi nesimetrični, sa svijetlim lukovima ili ekscentričnim oblicima. Kao moguća objašnjenja ARKS navodi gravitacijske utjecaje neopaženih planeta, “ožiljke” povezane s migracijama planeta ili međudjelovanje plina i prašine. Uz sve to, najavljena je i javna objava podataka: sva ARKS opažanja i obrađeni skupovi bit će slobodno dostupni astronomima širom svijeta kako bi omogućili dodatne analize i nova otkrića.
Autori rezultate tumače kao prikaz prijelaza obilježenog preslagivanjem i sudarima. “Ovi diskovi bilježe razdoblje u kojem su se planetarne orbite preslagivale i golemi udari, poput onoga koji je stvorio Zemljin Mjesec, oblikovali mlade planetarne sustave”, rekao je Luca Matrà, suvoditelj pregleda i izvanredni profesor na Trinity College Dublin.
Promatrajući diskove oko zvijezda različite dobi i tipova, ARKS nastoji razlučiti jesu li kaotične značajke naslijeđene iz ranijih faza, oblikovane djelovanjem planeta ili nastale pod utjecajem drugih kozmičkih procesa. Odgovor bi, prema autorima, mogao pokazati je li povijest Sunčeva sustava bila iznimka ili uobičajen obrazac. U zaključku Hughes navodi: “Ovaj projekt daje nam novu leću za tumačenje kratera na Mjesecu, dinamike Kuiperova pojasa i rasta planeta velikih i malih. Kao da dodajemo stranice koje su nedostajale obiteljskom albumu Sunčeva sustava.”
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.
