Üks praegu kuumimaid astrofüüsikalisi teemasid - teiste tähtede ümber paiknevate Maa-sarnaste planeetide jaht - on just saanud olulise tõuke uute spektraalvaatluste abil MIDI-ga ESO VLT interferomeetril (VLTI).
Rahvusvaheline astronoomide meeskond [2] on saanud ainulaadse tolmu infrapunaspektri proto-planetaarsete ketaste kõige sisemistes piirkondades kolme noore tähe ümber - praeguses olekus, mis võib olla väga sarnane meie valmistatava päikesesüsteemi omaga, umbes 4500 miljon aastat tagasi.
Aruandes teadusajakirja Nature selle nädala väljaandes ning tänu võrreldamatule, teravale ja läbitungivale vaatele interferomeetriale, näitavad nad, et kõigis kolmes on õiged koostisosad õiges kohas, et nende tähtede ääres kiviseid planeete moodustama hakata.
“Liiv” tähtketaste sisepiirkondades
Päike sündis umbes 4500 miljonit aastat tagasi külmast ja massiivsest tähtedevahelisest gaasi- ja tolmupilvest, mis varises kokku tema enda gravitatsioonilise tõmbe all. Noore tähe ümber oli tolmune ketas, millesse hiljem moodustusid Maa ja muud planeedid, samuti komeedid ja asteroidid.
See ajajärk on juba ammu möödas, kuid võime siiski näha seda sama protsessi, jälgides väga noorte tähtede infrapunakiirgust ja nende ümber olevaid tolmuseid protoplanetaarseid kettaid. Seni ei võimaldanud olemasolevad mõõteriistad uurida tolmu erinevate komponentide jaotust sellistes ketastes; isegi kõige lähedasemad on liiga kaugel, et parimad üksikud teleskoobid neid lahendaksid. Kuid nüüd, nagu selgitas VLT interferomeetri projektiteadlane ja ESO meeskonna liige Francesco Paresce: “VLTI abil saame ühendada kahe hästi eraldatud suure teleskoobi valguse enneolematu nurgalahutuse saamiseks. See on võimaldanud meil esimest korda suhelda ketaste kõige sisimasse piirkonda mõne läheduses oleva noore tähe ümber, just sinna kohta, kus me arvame, et meie Maa moodustuvad või hakkavad varsti tekkima sellised planeedid ”.
Täpsemalt on rahvusvahelise meeskonna tehtud kolme noore tähe uued interferomeetrilised vaatlused, [2] kasutades kahe saja meetri kaugusel asuva 8,2-m VLT teleskoobi kombineeritud võimsust, saavutanud pildi piisava teravuse (umbes 0,02 kaaresekundit), et mõõta infrapunakiirgust ketaste sisepiirkond kolme tähe ümber (vastab umbes Maa tiirleva Päikese ümber oleva orbiidi suurusele) ja nende ketaste välisosast eralduv emissioon. Vastavad infrapunaspektrid on andnud olulist teavet ketaste tolmu keemilise koostise ja keskmise tera suuruse kohta.
Need tähelepanuväärsed tähelepanekud näitavad, et ketaste sisemine osa on väga rikas kristalsete silikaatterade (liiva) poolest, keskmise läbimõõduga umbes 0,001 mm. Need moodustuvad palju väiksemate amorfsete tolmuterade hüübimisel, mis olid kõikjal tähtede ja nende ketaste sünnitanud tähtedevahelises pilves.
Mudelarvutused näitavad, et kristallilisi teri peaks ketta siseosas Maa moodustumise ajal olema rikkalikult. Tegelikult koosnevad meie enda päikesesüsteemi meteoriidid peamiselt just sellisest silikaadist.
Hollandi astronoom Rens Waters, Amsterdami ülikooli astronoomilise instituudi meeskonna liige, on entusiastlik: „Kui kõik koostisosad on paigas ja juba alustatud on tolmu suuremate terade moodustumist, suuremate ja suuremate kivi- ja lõpuks on nende ketaste maataolised planeedid peaaegu vältimatud! ”
Terade ümberkujundamine
Juba mõnda aega on teada, et suurem osa vastsündinud tähtede ümber olevate ketaste tolmust koosneb silikaatidest. Sünnipilves on see tolm amorfne, st tolmutera moodustavad aatomid ja molekulid pannakse kokku kaootilisel viisil ning terad on kohevad ja väga väikesed, tavaliselt umbes 0,0001 mm. Noore tähe lähedal, kus temperatuur ja tihedus on kõige kõrgemad, kipuvad ümmarguse ketta tolmuosakesed siiski kokku kleepuma, nii et terad muutuvad suuremaks. Veelgi enam, tolmu kuumutatakse tähekiirguse toimel ja see põhjustab terade molekulide korralduse geomeetrilisteks (kristallilisteks) kujunditeks.
Sellest tulenevalt muundub tähele kõige lähemal asuvates ketaste piirkondades olev tolm peagu põlistest (väikestest ja amorfsetest) „töödeldud” (suuremateks ja kristallilisteks) teradeks.
Keskmise infrapuna lainepikkuse piirkonnas (umbes 10? M) asuvate silikaatterade spektrivaatlused annavad teada, kas need on “põlised” või “töödeldud”. Varasemad noorte tähtede ümber tehtud ketaste vaatlused on näidanud põlise ja töödeldud materjali segu olemasolu, kuid seni oli võimatu öelda, kus erinevad terad kettal elasid.
Tänu VLTI-ga ja ülimalt tundlikule MIDI-le eraldatud nurkade eraldusvõime sajakordsele suurenemisele näitavad protoplaneetide ketta eri piirkondade detailsed infrapunaspektrid kolme vastsündinud tähe ümber, mis on vaid mõni miljon aastat vana, nüüd, et tolm on lähedal täht on välisketaste piirkondades palju rohkem töödeldav kui tolm. Kahes tähes (HD 144432 ja HD 163296) on sisemise ketta tolm õiglaselt töödeldud, välimise ketta tolm on aga peaaegu põline. Kolmandas tähes (HD 142527) töödeldakse tolmu kogu plaadil. Selle ketta keskosas on see äärmiselt töödeldud, täiesti kristallilise tolmuga.
VLTI vaatluste oluline järeldus on see, et Maa-sarnaste planeetide ehitusplokid on ringikeste ketastes olemas juba algusest peale. See on väga oluline, kuna see näitab, et maapealsed (kivised) planeedid nagu Maa on planeedisüsteemides, ka väljaspool Päikesesüsteemi, tõenäoliselt üsna tavalised.
Põlised komeedid
Need tähelepanekud mõjutavad ka komeete. Mõned - võib-olla kõik - Päikesesüsteemi komeedid sisaldavad nii põlist (amorfset) kui ka töödeldud (kristalset) tolmu. Komeedid moodustati kindlasti Päikesest suurte vahemaade tagant, Päikesesüsteemi välistes piirkondades, kus on alati olnud väga külm. Seetõttu pole selge, kuidas töödeldud tolmuterad võivad komeetidesse sattuda.
Ühe teooria kohaselt transporditakse töödeldud tolm noorest Päikesest välja turbulentsi abil üsna tihedas ümbermõõdus ketas. Teised teooriad väidavad, et komeetide töödeldud tolm tekkis külmas piirkonnas palju pikema aja jooksul, võib-olla löögilainete või ketas oleva välkpoldi abil või suuremate fragmentide sagedaste kokkupõrgete kaudu.
Praegune astronoomide meeskond järeldab nüüd, et esimene teooria on kõige tõenäolisem seletus töödeldud tolmu esinemisel komeetes. See tähendab ka, et pikaajalised komeedid, mis mõnikord külastavad meid meie päikesesüsteemi väliste servade kaudu, on tõeliselt põlised kehad, mis pärinevad ajastust, mil Maa ja teised planeedid polnud veel moodustunud.
Selliste komeetide uuringud, eriti kui neid tehakse kohapeal, võimaldavad otsest juurdepääsu algmaterjalile, millest Päikesesüsteem moodustati.
Rohkem informatsiooni
Selles ESO PR-is esitatud tulemused on üksikasjalikumalt tutvustatud Roy van Boekeli ja kaasautorite uurimistöös „Planeetide ehitusplokid protoplanetaarsete ketaste“ maapealses ”piirkonnas” (Loodus, 25. november 2004). Vaatlused tehti ESO varase teaduse tutvustamisprogrammi käigus.
Märkused
[1]: See ESO pressiteade antakse välja koostöös Hollandi Amsterdami Ülikooli Astronoomiainstituudiga (NOVA PR) ja Max-Plancki Instituudiga (Astronomie) (Heidelberg, Saksamaa (MPG PR)).
[2]: meeskonda kuuluvad Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik ja Alex de Koter (Amsterdami ülikooli astronoomiainstituut, Holland), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler ja Frank Przygodda (Max-Planck-Institut as Astronomie, Heidelberg, Saksamaa), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schler ja Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe ja Jeroen de Jong (Leideni observatoorium) , Holland), Anne Dutrey ja Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Prantsusmaa), Bruno Lopez (Côte d'Azuri observatoire, Nizza, Prantsusmaa), Guy Perrin (LESIA, Pariisi Observatoire de France) ja Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut Radioastronomie, Bonn, Saksamaa).
[3]: MIDI instrument on Saksa, Hollandi ja Prantsuse instituutide koostöö tulemus. Lisateavet leiate ESO PR 17/03 ja ESO PR 25/02.
Algne allikas: ESO pressiteade
