Meie galaktika teiste planeetide jaht on viimase paarikümne aasta jooksul kuumenenud - 2886 süsteemis on avastatud 3869 planeeti ja veel 2898 kandidaati ootavad kinnitust. Ehkki nende planeetide avastamine on teadlastele palju õpetanud meie galaktikas eksisteerivate planeetide liikide kohta, on planeetide moodustumise protsessist veel palju teada.
Nendele küsimustele vastamiseks kasutas rahvusvaheline meeskond hiljuti Atacama suurte millimeetrite / alammillimeetrite massiivi (ALMA), et korraldada lähedal asuvate tähtede ümber protoplanetaarsete ketaste esimene suuremahuline ja kõrge eraldusvõimega uuring. Kõrgnurkse eraldusvõimega projektina (DSHARP) tuntud ketta alamstruktuuridena saadi selle programmi abil 20 eraldiseisva süsteemi kõrge eraldusvõimega pilte, kus tolm ja gaas moodustasid uusi planeete.
Nende tulemusi jagati kümnes artiklis, mis ilmuvad eraldi väljaandes Astrofüüsika ajakirjade kirjad. Vastutavasse meeskonda kuulusid liikmed Harvard Smithsoniani astrofüüsika keskusest (CfA), ühisest ALMA vaatluskeskusest ning mitmetest vaatluskeskustest, uurimisinstituutidest ja ülikoolidest.
Mõlemal juhul märkisid DSHARPi teadlased ketta lünkade olemasolu, mis asusid kesktähest kaugel ja näisid piiritlevat ketta sisemist ja välimist osa. Saadud rõngad olid tihedalt pakitud või moodustasid õhemad ribad, sõltuvalt nende kaugusest tähest. Need mustrid võivad nende sõnul olla ketta segamist põhjustamatu planeedikaaslase tagajärg.
Teine võimalus on see, et ketta struktuurid on globaalses ebastabiilsuses sarnased spiraalgalaktikates (näiteks Linnuteel) täheldatuga. Teadlaste sõnul on kõige kaalukam seletus see, et kettade välistesse osadesse moodustasid suured planeedid (näiteks gaasigigandid), mis osutaks, et planeedi moodustumine toimub palju kiiremini, kui praegused teooriad planeedi moodustumise kohta lubavad.
See võimalik seletus aitaks selgitada ka seda, kuidas nende tähtedega lähemal olevad maapealsed planeedid (s.o kivised ja Maaga sarnase suurusega) suudavad oma kujunemise varases staadiumis üle elada. Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse (CfA) astronoom Sean Andrews ja ALMA vaatluskampaania üks juhte * selgitas NRAO pressiteates nende leidude olulisust:
“Selle kuudepikkuse vaatluskampaania eesmärk oli otsida protoplanetaarsete ketaste struktuurilisi ühiseid ja erinevusi. ALMA silmapaistvalt terav nägemus on paljastanud varem nägematud struktuurid ja ootamatult keerulised mustrid. Me näeme selgeid detaile mitmesuguse massiga noorte tähtede laia valiku ümber. Nende väga mitmekesiste, väikesemahuliste omaduste kõige veenvam tõlgendus on see, et ketta materjaliga interakteeruvad nähtamatud planeedid. ”
Planeedi moodustamise juhtivate mudelite kohaselt sünnivad planeedid tolmu ja gaasi järkjärgulise kogunemise teel protoplanetaarsele kettale. See algab tolmuterade ühinemisel, moodustades suuremaid ja suuremaid kivimeid, kuni tekivad asteroidid, lennumasinad ja planeedid. Arvatakse, et see protsess võtab miljoneid aastaid, mis tähendab, et vanemate süsteemide protoplanetaarsed kettad mõjutaksid seda paremini.
Kuid ALMA läbi viidud varajased vaatlused näitasid, et paljudel noortel protoplaneetaarsetel ketastel olid täpselt määratletud struktuurid nagu rõngad ja vahed. Neid tunnuseid seostatakse tavaliselt planeetide olemasoluga ja neid leiti isegi mõnes vaid miljon aastat vanas süsteemis. Nagu CfA kraadiõppur ja uurimisrühma liige Jane Huang selgitas:
„Üllatav oli näha esimesi noorte ketaste kõrge eraldusvõimega piltides võimalikke allkirju planeedi moodustumisest. Oluline oli välja selgitada, kas tegemist oli kõrvalekalletega või kas need allkirjad olid ketastes tavalised. "
Kuna varajane proovikomplekt oli nii väike, korraldati DSHARP-i kampaania teiste protoplanetaarsete ketaste vaatlemiseks võrdluseks. Kuna teadaolevalt tolmuosakesed hõõguvad millimeetri lainepikkusel, sai kampaania meeskond kasutada ALMA massiivi, et tolmuvöötmete tiheduse jaotust noorte tähesüsteemide ümber täpselt kaardistada ja (sõltuvalt tähe kaugusest) kaardistada omadused nagu väike kui mõni astronoomiline ühik.
Lõpuks leidis uurimisrühm, et paljud alamstruktuurid (st kontsentrilised vahed ja kitsad rõngad) olid ühised peaaegu kõigile ketastele, samas kui suuremahulised spiraalmustrid ja kaarekujulised omadused olid haruldasemad. Samuti leidsid nad, et kettad ja lüngad olid nende hosttähtedest mitmesugustel vahemaadel - ulatudes mõnest AU-st kuni enam kui sajani.
Nagu märgitud, võiksid need tähelepanekud aidata lahendada kestvat saladust, kui rääkida planeetide moodustamise teooriatest. Täpsemalt, astronoomid on mõelnud, kuidas võiksid tekkida planeedid, kui sujuva protoplanetaarse ketta dünaamika põhjustaks, et suurem kui sentimeetri läbimõõduga keha kukuks selle peremehe tähe alla. Sellistes tingimustes ei tohiks asteroidist suuremaid kiviseid objekte eksisteerida.
Põhimõtteliselt tekitaksid tiimi täheldatud tihedad tolmurõngad ketta häiringud, mis võiksid tekitada tsoone, kus planeetasandid oleksid ohutud ja omaksid planeetideks kasvamiseks vajalikku aega. Tšiili ülikooli teadlase ja uurimisrühma liikme Laura Perez sõnul:
„Kui ALMA ilmutas oma võimete abil oma ikoonilise HL Tau kujutisega, pidime mõtlema, kas see oli kõrvaline, kuna ketas oli suhteliselt massiline ja noor. Need viimased tähelepanekud näitavad, et kuigi HL Tau on silmatorkav, pole see kaugeltki ebatavaline ja võib tegelikult esindada noorte tähtede ümber olevate planeetide normaalset arengut. ”
See uurimistöö tutvustab tipptasemel instrumentide ja teadusliku koostöö võimsust tänapäeval. Tänu võimalusele näha rohkem ja kaugemalt näha on teadlased võimelised katsetama astronoomilisi teooriaid nagu mitte kunagi varem. Ja selle käigus kinnitatakse ja seatakse kahtluse alla meie kõige põhilisemad arusaamad sellest, kuidas universum tekkis.
Nautige programmi NRAO Outreach viisakusest kindlasti seda animatsiooni, kuidas protoplanetaarne ketas välja näeb:
* Teised ALMA vaatluskampaania juhid on Andrea Isella Rice ülikoolist, Laura Pérez Tšiili ülikoolist ja Cornelis Dullemond Heidelbergi ülikoolist.
