За първи път астрономите наблюдават с безпрецедентен детайл процесите, пораждащи звезди и планети в зараждащи се слънчеви системи. Използвайки и двете телескопи Keck на Mauna Kea на Хаваи, оборудвани със специално разработен инструмент, наречен ASTRA (ASTrometric и Astronomy, свързан с фаза), Джошуа Айснер от университета в Аризона и неговите колеги успяха да надникнат дълбоко в протопланетарните дискове - въртеливи облаци от газ и прах, който захранва нарастващата звезда в центъра й и в крайна сметка се слепва в планети и астероиди, за да образува слънчева система. Това, което видяха, е да даде представа за начина, по който водородният газ от протопланетарния диск е включен в звездата.
За да се получи изключително фината разделителна способност, необходима за наблюдение на процесите, които се случват на границата между звездата и заобикалящия я диск на 500 светлинни години от Земята, екипът комбинира светлината от двата телескопа на Кек, което осигурява ъглова разделителна способност по-фина от тази на Хъбъл , Айснер и неговият екип също използваха техника, наречена спектроастрометрия, за да засилят разделителната способност още повече. Чрез измерване на светлината, излъчвана от протопланетарните дискове с различна дължина на вълната, както с огледалата на телескопа Keck, така и с манипулирането му по-нататък с ASTRA, изследователите постигнаха необходимата резолюция за наблюдение на процесите в центровете на зараждащите се слънчеви системи.
„Ъгловата разделителна способност, която можете да постигнете с космическия телескоп Хъбъл, е около 100 пъти по-груба, за да можете да видите какво се случва точно извън зараждащата се звезда, не много по-голяма от нашето слънце“, каза Айснер. С други думи, дори протопланетен диск, достатъчно близък, за да бъде разгледан в съседство на нашата Слънчева система, би изглеждал като безхаберен петно.
С тази нова техника екипът успя да разграничи разпределението на газ, съставен най-вече от водород, и прах, като по този начин разреши характеристиките на диска.
„Успяхме да се доближим наистина, наистина близо до звездата и да погледнем право на интерфейса между протопланетарния диск, богат на газ, и звездата“, каза Айснер.
Протопланетарните дискове се образуват в звездни разсадници, когато облаците от газови молекули и прахови частици започват да се рушат под въздействието на гравитацията.
Първоначално се върти бавно, нарастващата маса и гравитацията на облака го правят по-плътен и по-компактен. Запазването на въртящия импулс ускорява облака, тъй като той се свива, подобно на фигурист, който се върти по-бързо, докато дърпа ръцете си. Центробежната сила изравнява облака във въртящ се диск на въртеливия газ и прах, като в крайна сметка поражда планети, обикалящи около тяхната звезда в приблизително една и съща равнина.
Астрономите знаят, че звездите придобиват маса чрез включване на част от водородния газ в диска, който ги заобикаля, в процес, наречен натрупване, което може да се случи по един от двата начина.
При един сценарий газът се поглъща, докато се измива точно до огнената повърхност на звездата.
Във втория, много по-насилствен сценарий, магнитните полета, изхвърлящи се от звездата, изтласкват наближаващия газ и го натрупват, създавайки пропаст между звездата и заобикалящия я диск. Вместо да се притискат към повърхността на звездата, водородните атоми се движат по линиите на магнитното поле, сякаш по магистрала, като в този процес стават прегряти и йонизирани.
„Веднъж попаднал в капан в магнитното поле на звездата, газът се изпълнява по линиите на полето, извиващи се над и под равнината на диска“, обясни Айснер. „След това материалът се разбива в полярните райони на звездата с високи скорости.“
В това инферно, което всяка секунда отделя енергията на милиони атомни бомби с размер на Хирошима, част от изгарящия се поток от газ се изхвърля от диска и се изхвърля далеч в космоса като междузвезден вятър.
"Искаме да разберем как материалът се натрупва върху звездата", каза Айснер. „Този процес никога не е измерван пряко.“
Екипът на Айснер насочи телескопите към 15 протопланетарни диска с млади звезди с различна маса между половината и 10 пъти по-голяма от тази на нашето слънце.
„Бихме могли да разберем, че в повечето случаи газът преобразува част от кинетичната си енергия в светлина, много близка до звездите“, каза той, признак за по-насилствения сценарий на натрупване.
„В други случаи видяхме данни за ветрове, изстреляни в Космоса, заедно с материали, натрупани върху звездата“, добави Айснер. "Дори намерихме пример - около много голяма маса звезда - в който дискът може да стигне чак до звездната повърхност."
Слънчевите системи, които астрономите избраха за това изследване, са все още млади, вероятно на няколко милиона години.
"Тези дискове ще бъдат около няколко милиона години повече", каза Айснер. „По това време може да се образуват първите планети, газови гиганти, подобни на Юпитер и Сатурн, използвайки голяма част от дисковия материал.“
По-солидни скалисти планети като Земята, Венера или Марс няма да има около много по-късно.
„Но строителните блокове за тези могат да се формират сега“, каза той, поради което това изследване е важно за нашето разбиране как се формират слънчеви системи, включително тези с потенциално обитаеми планети като Земята.
„Ще видим дали можем да направим подобни измервания на органични молекули и вода в протопланетарните дискове“, каза той. „Това биха били тези, които потенциално пораждат планети с условията за живот на живот.“
Документът на екипа беше публикуван в Astrophysical Journal
Хартия: Eisner et al. Пространствено и спектрално разтворен водороден газ в рамките на 0,1 AU от T Tauri и Herbig Ae / Be Stars.
Източник: Университет в Аризона
