Vânătoarea altor planete din galaxia noastră s-a încălzit în ultimele decenii, 3869 de planete fiind detectate în 2.886 sisteme și alți 2.898 de candidați așteaptă confirmare. Deși descoperirea acestor planete i-a învățat pe oamenii de știință multe despre tipurile de planete care există în galaxia noastră, există încă multe despre care nu știm despre procesul de formare a planetei.
Pentru a răspunde la aceste întrebări, o echipă internațională a folosit recent Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) pentru a realiza primul sondaj de mare rezoluție, de înaltă rezoluție, al discurilor protoplanetare din jurul stelelor din apropiere. Cunoscută sub denumirea de Substructuri de disc în cadrul proiectului de înaltă rezoluție unghiulară (DSHARP), acest program a dat imagini de înaltă rezoluție cu 20 de sisteme din apropiere, unde praful și gazul erau în proces de formare de noi planete.
Rezultatele lor au fost împărțite într-o serie de zece lucrări care vor fi apărute într-o problemă specială Jurnalele Astrofizice Scrisori. Echipa responsabilă a inclus membri de la Centrul pentru Astrofizică Harvard Smithsonian (CfA), Observatorul comun ALMA, precum și multiple observatorii, institute de cercetare și universități.
În fiecare caz, cercetătorii DSHARP au remarcat prezența unor goluri de pe disc care erau departe de steaua centrală și păreau să demarce porțiunile interioare și exterioare ale discului. Inelele rezultate au fost de asemenea împachetate sau formate benzi mai subțiri, în funcție de distanța lor de stea. Aceste tipare, au indicat acestea, ar putea fi rezultatul unui însoțitor planetar nevăzut care perturba discul.
O altă posibilitate este ca structurile de disc să fie supuse unei instabilități globale similare cu cele văzute în galaxiile spirală (cum este Calea Lactee). Potrivit cercetătorilor, explicația cea mai convingătoare este aceea că planetele mari (cum ar fi giganții de gaz) se formau cu precădere în exterior ajung pe discuri, ceea ce ar indica faptul că formarea planetei are loc mult mai repede decât le permit actualele teorii despre formarea planetei.
Această posibilă explicație ar ajuta și la explicarea modului în care planetele terestre (adică stâncoase și ca dimensiuni similare cu Pământul) care se formează mai aproape de stelele lor sunt capabile să supraviețuiască din stadiile incipiente ale formării lor. Sean Andrews, astronom la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian (CfA) și unul dintre liderii * ai campaniei de observare a ALMA, a explicat semnificația acestor descoperiri într-un comunicat de presă NRAO:
„Scopul acestei campanii de observare de lună lună a fost de a căuta comunități structurale și diferențe în discurile protoplanetare. Viziunea remarcabilă a ALMA a dezvăluit structuri nevăzute anterior și modele neașteptat de complexe. Vedem detalii distincte în jurul unui sortiment larg de stele tinere din diferite mase. Cea mai convingătoare interpretare a acestor caracteristici la scară mică și foarte diversă este aceea că există planete nevăzute care interacționează cu materialul pe disc. "
Conform modelelor de frunte ale formării planetei, planetele se nasc prin acumularea treptată de praf și gaz în interiorul unui disc protoplanetar. Acest lucru începe cu boabe de praf care se coalesc pentru a forma roci din ce în ce mai mari până când apar asteroizi, planestesimale și planete. Se crede că acest proces durează milioane de ani, ceea ce înseamnă că discurile protoplanetare din sistemele mai vechi ar avea mai multă vizibilitate.
Cu toate acestea, observațiile timpurii efectuate de ALMA au indicat că multe discuri protoplanetare tinere aveau structuri bine definite precum inele și lacune. Aceste caracteristici sunt de obicei asociate cu prezența planetelor și chiar au fost găsite în câteva sisteme care aveau doar un milion de ani. După cum a explicat Jane Huang, studentă la CfA și membru al echipei de cercetare:
„A fost surprinzător să vedem posibile semnături ale formării planetei în primele imagini de înaltă rezoluție de discuri tinere. Era important să aflăm dacă acestea erau anomalii sau dacă aceste semnături erau comune în discuri. ”
Întrucât setul de probe timpuriu a fost atât de mic, campania DSHARP a fost montată pentru a observa alte discuri protoplanetare pentru comparație. Deoarece se știe că particulele de praf strălucesc în lungimea de undă milimetrică, echipa de campanie a putut să folosească matricea ALMA pentru a cartona cu precizie distribuția densității centurilor de praf în jurul sistemelor cu stele tinere și (în funcție de distanța stelei) pentru a identifica caracteristicile mici ca câteva unități astronomice.
În cele din urmă, echipa de cercetare a descoperit că multe dintre substructuri (adică lacunele concentrice și inelele înguste) erau comune pentru aproape toate discurile, în timp ce tiparele în spirală la scară largă și caracteristicile similare arcului erau mai rare. Ei au descoperit, de asemenea, că discurile și lacunele erau prezente la o gamă largă de distanțe de la stelele gazdă - de la câteva AU la mai mult de o sută.
După cum sa menționat, aceste observații ar putea ajuta la rezolvarea unui mister de durată atunci când vine vorba de teoriile formării planetei. Mai exact, astronomii s-au întrebat cum s-ar putea forma planetele atunci când dinamica unui disc protoplanetar neted ar provoca orice corp mai mare de un centimetru în diametru să cadă în steaua gazdă. În aceste condiții, obiectele stâncoase mai mari decât un asteroid nu ar trebui să existe.
În esență, inelele dense de praf pe care le-a observat echipa ar crea perturbații pe disc, ceea ce ar putea crea zone în care planeteimalele ar fi în siguranță și ar avea timpul necesar pentru a crește în planete. După cum a indicat Laura Perez, cercetătoare la Universitatea din Chile și membru al echipei de cercetare:
„Când ALMA și-a dezvăluit cu adevărat capabilitățile cu imaginea sa iconică a lui HL Tau, a trebuit să ne întrebăm dacă asta era ceva mai vechi, deoarece discul era relativ masiv și tânăr. Aceste ultime observații arată că, deși frapant, HL Tau este departe de a fi neobișnuit și poate reprezenta de fapt evoluția normală a planetelor în jurul stelelor tinere. "
Această cercetare prezintă puterea pe care o au astăzi instrumentele de ultimă oră și colaborările științifice. Datorită capacității de a vedea mai mult și de a vedea mai departe, oamenii de știință sunt capabili să testeze teoriile astronomice ca niciodată. Și în acest proces, noțiunile noastre cele mai fundamentale despre cum a ajuns Universul sunt confirmate și contestate.
Asigurați-vă că vă bucurați de această animație cum arată un disc protoplanetar, prin amabilitatea programului NRAO Outreach:
* Ceilalți lideri ai campaniei de observare a ALMA sunt Andrea Isella de la Universitatea Rice, Laura Pérez de la Universitatea din Chile și Cornelis Dullemond de la Universitatea Heidelberg.
