Zespołowi astronomów z Uniwersytetu Arizona poprzez sprzężenie ze sobą dwóch bliźniaczych teleskopów Kecka, znajdujących się na Manua Kea na Hawajach, w jeden zaawansowany instrument nazwany roboczo ASTRA (ASTrometric and phase-Referenced Astronomy), udało się uzyskać niespotykaną wcześniej rozdzielczość, która umożliwiła przyjrzenie się procesom dającym narodziny gwiazdom i planetom w formujących się układach słonecznych. Odkrycia te zapewnią lepsze zrozumienie sposobu w jaki wodór z dysku protoplanetarnego jest transportowany do gwiazdy.

Dyski protoplanetarne to obracające się chmury gazu i pyłu, które zasilają (stanowią materiał) dla tworzącej się w centrum gwiazdy oraz ewentualnych lokalnych zagęszczeń z których tworzą się planety i asteroidy formujące układ słoneczny.

Wielkim wyzwaniem dla grupy naukowców było uzyskanie bardzo dobrej rozdzielczości, niezbędnej do obserwacji procesów zachodzących na granicy gwiazdy i otaczającego ją dysku - w odległości 500 lat świetlnych od Ziemi. To tak jakby obserwować z Białegostoku przechadzającą się po liściu na Gibraltarze mrówkę.

"Rozdzielczość kątowa, jaką można uzyskać za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, jest o około 100 razy niewystarczająca w celu ujrzenia tego co się dzieje na krawędzi formującej się gwiazdy niewiele większej od naszego Słońca" - wyjaśnia Joshua Eisner, adiunkt w UA Steward Observatory. Innymi słowy, nawet dysk protoplanetarny leżący w bezpośrednim sąsiedztwie naszego układu słonecznego, będzie przypominał zaledwie obłok bez żadnych interesujących szczegółów.

Łącząc (interferometrycznie) światło zebrane przez dwa teleskopy Kecka, naukowcy uzyskują rozdzielczość kątową lepszą niż Teleskopu Hubble'a. Dodatkowo Eisner i jego zespół używają techniki nazywanej spektro-astrometrią w celu uzyskania jeszcze lepszej rozdzielczości. Poprzez mierzenie światła emitowanego przez dyski protoplanetarne na różnych długościach fali widma, zbieranego przez dwa lustra teleskopów Keck, a następnie dzięki manipulacji w ASTRA, naukowcy uzyskują wymaganą rozdzielczość do obserwacji procesów zachodzących w centrach tworzących się układów słonecznych.

Dyski protoplanetarne formują się w kosmiczne żłobki dla gwiazd w momencie gdy chmury gazu cząsteczkowego i pyłu zaczynają się zapadać pod wpływem grawitacji. Początkowo obracając się powoli, rosnąca masa i grawitacja chmury zaczyna ją zagęszczać, nadając bardziej skupioną formę. Zgodnie z zasadą zachowania pędu, w momencie kurczenia się chmury, wzrasta jej prędkość obrotowa, tak samo jak zaczynają się obracać szybciej łyżwiarze figurowi w chwili przyciągnięcia do ciała rozłożonych rąk. Z kolei siła odśrodkowa spłasza chmurę na postać obracającego się dysku gazów i pyłów, ostatecznie umieszczając tworzące się planety w podobnej płaszczyźnie.

Łącząc interferometrycznie światło z teleskopów Kecka, a następnie poddając je manipulacji techniką spektro-astrometryczną, zespołowi Eisner'a udało się odróżnić rozkład gazu w dysku planetarnym, będący głównie wodorem, od pyłu, rozróżniając tym samym szczegóły dysku.

Astronomowie wiedzą, iż gwiazdy nabierają masy poprzez wchłanianie pewnych ilości gazu wodorowego z dysków, które je otaczają. Proces opadania takiej materii na gwiazdę w silnym polu grawitacyjnym nazywany jest akreacją. Jednym z jeszcze słabo poznanych zagadnień przez astronomów jest zrozumienie procesów jakie zachodzą podczas akreacji materiału na gwiazdę.

Akreacja może zachodzić na jeden z dwóch sposobów :
- w pierwszym scenariuszu gaz jest pochłaniany w momencie, gdy 'spływa' on wprost na gorejącą powierzchnię gwiazdy, - w drugim, znacznie bardziej gwałtownym scenariuszu, pola magnetyczne rozciągające się od gwiazdy wypychają nadciągający gaz, powodując jego ściśnięcie, co z kolei prowadzi do powstania odstępu pomiędzy gwiazdą, a otaczającym ją dyskiem. Zamiast opadania gazu na powierzchnię gwiazdy, atomy wodoru przemieszczają się wzdłuż linii pól magnetycznych, mocno się rozgrzewając i ulegając jonizacji.

W momencie uwięzienia gazu w polu magnetycznym gwiazdy, zostaje on skierowany zgodnie z liniami pola wysoko ponad i poniżej płaszczyzny dysku protoplanetarnego. Następnie materiał uderza z wielkimi prędkościami w rejony polarne gwiazdy. W tych piekielnych warunkach, gdzie wydziela się w ciągu sekundy energia milionów bomb atomowych zrzuconych na Hiroszimę, strumienie gazu wyrzucane są z dysku i następuje jego wydmuchanie daleko w przestrzeń jako wiatr międzygwiezdny.

Zespół Eisner'a skierował teleskopy na 15 dysków protoplanetarnych, zawierające młode gwiazdy, które różnią się masą od połowy do 10 mas naszego Słońca. Obserwowane dyski, wszystkie zlokalizowane w naszej Drodze Mlecznej, dobrze reprezentowały wszystkie możliwe ich typy.

W większości przypadków pomyślnie udało się zarejestrować zjawisko konwersji pewnej ilości energii kinetycznej gazu w światło bardzo blisko gwiazdy. Stanowi to sygnał o możliwości zachodzenia bardziej agresywnego scenariusza akreacji. W innych przypadkach naukowcom udało się zobaczyć dowody na wyrzucanie w przestrzeń wiatru razem z materią akreującą na gwiazdę. Znaleziony został także przykład gwiazdy o bardzo dużej masie, na której dysk praktycznie dosięga powierzchni.

Układy słoneczne wybrane przez naukowców do przestudiowania są bardzo młode, większość ma zaledwie parę milionów lat. Dyski protoplanetarne będę jeszcze obecne przez nastepne kilka milionów lat. Do tego czasu powstaną gazowe giganty, podobne do naszego Jowisza czy Saturna, które zgromadzą w procesie formacji większość materii z dysku. Małe kamieniste planety jak w naszym Układzie Słonecznym Ziemia, Wenus czy Mars, pojawią się dopiero dużo później.

Jednakże podwaliny pod te małe skaliste planety już w tej chwili mogą się tworzyć (w postaci coraz większych bloków). Dlatego badania prowadzone m.in. przez zespół Eisner'a są ważne i być może pomogą nam zrozumieć jak formują się układy słoneczne, w tym i te zawierające potencjalne planety podobne do Ziemi. Dlatego następnym krokiem w badaniach będzie szukanie pewnych obiecujących sygnatur w dyskach planetarnych, które dadzą powody do przypuszczeń, iż w danym układzie słonecznym mogą powstawać atrakcyjne do zamieszkania planety.

góra  strony...