Dyski protoplanetarne mają mniejsze rozmiary niż zakładano
Nowe badanie wskazuje obszary wokół młodych gwiazd, w których tworzą się nowe planety – znane jako dyski protoplanetarne, są znacznie mniejsze niż wcześniej sądzili naukowcy.
Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), naukowcy z Leiden Observatory zbadali 73 dyski protoplanetarne w regionie gwiazdotwórczym Lupus. Odkryli, że wiele młodych gwiazd posiada skromne otoczki gazu i pyłu, niektóre liczące tylko 1,2 jednostki astronomicznej. Badanie opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics, może mieć ważny wpływ na rozumienie przez badaczy tego jak powstają planety we Wszechświecie.
W ciągu ostatniej dekady astronomowie wykonali zdjęcia setek dysków protoplanetarnych wokół młodych gwiazd za pomocą potężnych radioteleskopów na Ziemi, takich jak ALMA. W porównaniu z rozmiarem naszego Układu Słonecznego, wiele z tych struktur rozciągało się daleko poza orbitę Neptuna, naszej najbardziej oddalonej planety od Słońca. Również w większości dyski protoplanetarne posiadały luki, w których prawdopodobnie uformowały się gigantyczne planety. Nowe badania sugerują jednak, że tego typu struktury o znacznych rozmiarach mogą nie być typowe.
Korzystając z ALMA, naukowcy zobrazowali wszystkie znane dyski protoplanetarne wokół młodych gwiazd w Lupus – regionie gwiazdotwórczym położonym około 400 lat świetlnych od Układu Słonecznego, w południowym gwiazdozbiorze Wilka. Badanie wykazało, że dwie trzecie z 73 dysków jest niewielkich rozmiarów, a ich średni promień wynosi sześć jednostek astronomicznych. Odpowiada to mniej więcej orbicie Jowisza. Najmniejszy z nich miał promień zaledwie 0,6 jednostki astronomicznej, czyli mniejszy niż orbita Ziemi.
„Wyniki te całkowicie zmieniają nasz pogląd na to, jak wygląda typowy dysk protoplanetarny. Tylko najjaśniejsze z nich, które są najłatwiejsze do zaobserwowania, wykazują duże luki, podczas gdy zwarte dyski bez takich podstruktur są w rzeczywistości znacznie bardziej powszechne” – mówi Guerra-Alvarado z Leiden Observatory.
Małe dyski odkryto głównie wokół gwiazd o niskiej masie, wynoszącej od 10 do 50 proc. masy Słońca. Jest to najczęstszy typ gwiazd występujących we Wszechświecie.
„Obserwacje pokazują również, że te zwarte dyski mogą mieć optymalne warunki do formowania się egzoplanet znanych jako super-Ziemie, ponieważ większość pyłu znajduje się blisko gwiazdy, gdzie zwykle one są znajdowane. Super-Ziemie to skaliste planety podobne do Ziemi, ale o masie do dziesięciu razy większej niż nasza planeta. Może to również wyjaśniać, dlaczego tego typu globy są często znajdowane wokół gwiazd o niskiej masie” – twierdzi Mariana B. Sanchez z Leiden Observatory.
Badania sugerują również zdaniem naukowców, że Układ Słoneczny uformował się z dużego dysku protoplanetarnego, który wytworzył duże planety gazowe, takie jak Jowisz i Saturn, ale nie super-Ziemie – astronomowie uważają, że są one najczęstszym typem planet we Wszechświecie.
„Badania te stanowią brakujące ogniwo między obserwacjami dysków protoplanetarnych a obserwacjami egzoplanet. Odkrycie, że większość małych dysków nie wykazuje żadnych luk, sugeruje, że większość gwiazd nie zawiera dużych planet. Jest to zgodne z tym, co obserwujemy w układach już w pełni uformowanych. Obserwacje te łączą populację dysków bezpośrednio z populacją egzoplanet” – podkreśla Van der Marel z Leiden Observatory.
Poprzednie obserwacje ALMA koncentrowały się głównie na jasnych dyskach, które często są znacznie większe. W przypadku mniejszych, astronomowie mierzyli jedynie ich jasność, a nie rozmiar. Obserwacje w wysokiej rozdzielczości są bardziej skomplikowane i nie było jasne, czy ALMA będzie w stanie zobrazować stosunkowo słabe dyski protoplanetarne.
Do swoich badań naukowcy wykorzystali obserwacje ALMA wykonane w 2023 i 2024 roku, z najwyższą możliwą rozdzielczością. Wykorzystali również dane archiwalne, aby stworzyć szczegółowy i kompletny przegląd dysków dla całego obserwowanego regionu gwiazdotwórczego.
„Nowe badanie pokazuje, że przez długi czas myliliśmy się co do tego, jak wygląda typowy dysk. Najwyraźniej byliśmy skupieni tylko na najjaśniejszych i największych z nich. Teraz mamy wreszcie pełny przegląd tego jak wyglądają dyski protoplanetarne” – podsumowuje Van der Marel.
Emil Gołoś
