Keď sa dnes pozrieme na Mars a Venušu, vidíme svety, ktoré sa vyvíjali miliardy rokov. No kedysi dávno, krátko po vzniku Slnka, bola Slnečná sústava miestom, kde sa zrážky telies veľkosti Marsu alebo Mesiaca odohrávali pomerne často. Práve takéto násilné udalosti formovali nielen našu planétu, ale aj celý priestor okolo raného Slnka. Vedci sa preto obracajú k iným hviezdnym systémom, ktoré sa nachádzajú v podobnej fáze vývoja, aby lepšie pochopili, čo sa dialo u nás pred 4,5 miliardami rokov.
Medzinárodný tím astronómov využil Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) na pozorovanie mladých hviezdnych systémov, v ktorých pravdepodobne prebiehajú podobné kataklizmatické udalosti. Výskum viedli odborníci z Space Science Institute (SSI), Konkoly Observatory, MTA Centre of Excellence, Steward Observatory, Lunar and Planetary Laboratory (LPL) a ďalších univerzít. Ich zistenia vyšli vo štvrtok v časopise The Astrophysical Journal. Tieto pozorovania ponúkajú pohľad na zloženie a vývoj mladých systémov a umožňujú nahliadnuť do raného obdobia našej Slnečnej sústavy.
„Ako sa formovali skalnaté planéty a ako sa vyvíjali obrie planéty, je súčasťou širšieho príbehu vzniku Slnečnej sústavy. Je to jeden príbeh,“ povedala Kate Su, výskumníčka z SSI a hlavná autorka štúdie. „Naša práca o extrémnych troskových diskoch nám pomáha poskladať veľký obraz toho, čomu dnes rozumieme.“
Hviezdne systémy prechádzajú rôznymi fázami. Najprv existujú v podobe protoplanetárneho disku bohatého na plyn, kde sa formujú planéty. Neskôr sa menia na disky chudobné na plyn, ktoré nazývame troskové. Ešte predtým, než v januári 2020 ukončil činnosť Spitzerov vesmírny teleskop, objavil v rámci tejto fázy zvláštny podtyp: extrémne troskové disky. V týchto systémoch sa nachádza veľké množstvo teplého prachu v oblasti zodpovedajúcej dráham skalnatých planét v Slnečnej sústave.
Tím preskúmal takéto systémy pomocou Webba a našiel prekvapenie. Tieto systémy sa vymykajú teoretickým predpokladom o svojej bežnosti. Ukázalo sa, že sú pomerne zriedkavé – podľa aktuálnych údajov iba asi 1 % mladých hviezd vykazuje pozorovateľné známky extrémnych troskových diskov. Napriek tomu výskumníci dokázali zostaviť vzorku 21 takýchto diskov z archívnych údajov Spitzera a Webba (5 zo Spitzera a 16 z Webba). Identifikovali tiež 12 nových diskov a vykonali dodatočné pozorovania štyroch diskov, ktoré predtým objavil Spitzer.
Z ich vzorky je osem diskov bohatých na kremeň (silica) a trinásť na kremeň chudobných. Disky bohaté na kremeň pravdepodobne vznikli pri vysokoenergetických zrážkach telies veľkosti Marsu, pri ktorých sa veľká časť materiálu vyparila. Disky chudobné na kremeň naopak naznačujú menej energetické zrážky. Vedci si tiež všimli, že disky bohaté na kremeň sa vyskytujú iba okolo hviezd mladších ako 300 miliónov rokov, zatiaľ čo disky chudobné na kremeň sa objavujú pri hviezdach rôzneho veku.
„Toto je prvýkrát, čo sme zhromaždili dostatok systémov na to, aby sme skutočne pochopili túto podskupinu, ktorú nazývame extrémne troskové disky. Pred Webbom sme mali obmedzené informácie. Vedeli sme, že sú zvláštne a veľmi odlišné od typických studených troskových diskov, aké poznáme, napríklad od Vegy a Fomalhauta. Teraz, keď máme viac údajov, dokážeme určiť, čo tieto disky znamenajú pre formovanie a vývoj planét,“ uviedla Su v tlačovej správe NASA.
Simulácie naznačujú, že planéty ako Zem by sa mali formovať v priebehu prvých niekoľkých stoviek miliónov rokov od vzniku hviezdneho systému. To zodpovedá veku diskov bohatých na kremeň v tejto vzorke. Rovnako to súhlasí s odhadmi, podľa ktorých vznikol systém Zem-Mesiac asi 100 miliónov rokov po vzniku Slnka, a s modelmi, ktoré ho pripisujú zrážke Zeme s objektom veľkosti Marsu.
Výsledky tiež naznačujú, že naše Slnko mohlo pred miliardami rokov prejsť fázou extrémneho disku chudobného na kremeň. To je v súlade s teóriou neskorého veľkého bombardovania, ak predpokladáme, že staršie disky chudobné na kremeň a ich náhodná infračervená variabilita odrážajú orbitálnu nestabilitu. V tomto scenári sa obrie planéty presunuli na veľké vzdialenosti a narušili dráhy menších telies, čo spustilo katastrofické zrážky a vytvorilo fázy bohaté na prach, aké pozorujeme v extrémnych troskových diskoch.
Mnohé otázky zostávajú nezodpovedané, no vedci očakávajú, že ich budú môcť riešiť, ako sa vzorka bude zväčšovať. Okrem archívnych údajov týmto štúdiám pomôžu prebiehajúce pozorovania Webba a ďalšej generácie teleskopov, ako je Nancy Grace Roman Space Telescope a nedávno vybraná misia PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics (PRIMA).
Čo sú extrémne troskové disky a prečo ich vidíme len vzácne
Extrémne troskové disky predstavujú krátku, ale búrlivú fázu vo vývoji mladých hviezdnych systémov.
Na rozdiel od bežných troskových diskov, ktoré poznáme napríklad pri hviezdach Vega alebo Fomalhaut, obsahujú extrémne disky veľké množstvo teplého prachu v blízkosti hviezdy – v oblasti, kde v našej Slnečnej sústave obiehajú skalnaté planéty. Tento prach vzniká pri zrážkach väčších telies, ktoré sa navzájom rozbijú na menšie kúsky a prachové častice. Takéto zrážky sú však pomerne vzácne, preto pozorujeme tento jav len u asi 1 % mladých hviezd. Zvyšných 99 % systémov buď neprechádza takouto fázou, alebo je príliš krátka na to, aby sme ju zachytili.
Kremeň ako indikátor energie zrážok
Prítomnosť alebo neprítomnosť kremeňa (silica) v extrémnych troskových diskoch pomáha vedcom odhadnúť energiu zrážok, ktoré ich vytvorili.
Keď sa zrazia dve telesá veľkosti Marsu, uvoľní sa obrovské množstvo energie. Teplota v mieste nárazu môže presiahnuť tisíce stupňov, čo spôsobí vyparovanie hornín. Pri ochladzovaní sa niektoré minerály, vrátane kremeňa, znovu kondenzujú do pevných častíc. Preto disky bohaté na kremeň naznačujú mimoriadne silné zrážky. Naopak, disky chudobné na kremeň pravdepodobne vznikajú pri menej energetických zrážkach menších telies, napríklad veľkosti Mesiaca. Tento rozdiel umožňuje nepriamo nahliadnuť do histórie zrážok v mladých systémoch.
Spojenie s ranou históriou Slnečnej sústavy
Naša Slnečná sústava tiež prešla fázou, keď sa zrážky veľkých telies mohli podobať na to, čo dnes pozorujeme v extrémnych troskových diskoch.
Webb Observes "Extreme Debris Disks," Providing a Window into the Early Solar System.
Podľa teórie obrieho dopadu pred 4,5 miliardami rokov narazilo do proto-Zeme teleso veľkosti Marsu, nazývané Theia. Z jeho trosky vznikol Mesiac. Táto udalosť je jedným z najznámejších príkladov kataklizmatickej zrážky v ranom období. Pozorovania Webba ukazujú, že podobné procesy sa dejú aj v iných mladých systémoch, hoci s rôznou intenzitou. Disky bohaté na kremeň sa vyskytujú len okolo hviezd mladších ako 300 miliónov rokov, čo zodpovedá obdobiu, keď sa v našej sústave formovali planéty. To podporuje predstavu, že silné zrážky sú prirodzenou súčasťou vzniku skalnatých planét.
Neskoré veľké bombardovanie a jeho ozvena v diskoch
Teória neskorého veľkého bombardovania opisuje obdobie pred približne 4 miliardami rokov, keď sa v Slnečnej sústave množili zrážky.
Webb Observes "Extreme Debris Disks," Providing a Window into the Early Solar System.
Podľa tohto scenára sa obrie planéty, ako Jupiter a Saturn, presunuli na iné dráhy, čím gravitačne rozrušili dráhy menších telies. Tie sa potom začali zrážať s planétami a mesiacmi. Výskum extrémnych troskových diskov naznačuje, že podobná orbitálna nestabilita mohla nastať aj v iných mladých systémoch, kde sa pozorujú disky chudobné na kremeň s premenlivou infračervenou emisiou. Táto variabilita by mohla byť dôsledkom práve takýchto dynamických otrasov. Naše Slnko teda možno kedysi prechádzalo fázou extrémneho disku chudobného na kremeň, ktorá súvisí s neskorým bombardovaním.
Prečo je výskum dôležitý pre pochopenie vzniku planét
Pochopenie extrémnych troskových diskov pomáha skladať mozaiku vzniku a vývoja planetárnych systémov. Ak vieme, ako často a za akých podmienok vznikajú tieto disky, môžeme lepšie odhadnúť, aká bežná je cesta k skalnatým planétam, ako je Zem. Zároveň to osvetľuje, akú úlohu zohrávajú katastrofické zrážky – či už ničia, alebo naopak podporujú vznik planét. Hoci doterajšie údaje naznačujú, že extrémne troskové disky sú zriedkavé, ich štúdium je kľúčové pre vytvorenie uceleného obrazu raných fáz vývoja hviezdnych systémov. Ako poznamenala Kate Su, ide o jeden veľký príbeh, ktorého sme súčasťou.
Čo ešte potrebujeme zistiť
Aj keď výskum priniesol prvý ucelený pohľad na extrémne troskové disky, mnohé otázky zostávajú otvorené. Nie je jasné, prečo sa niektoré systémy dostanú do tejto fázy a iné nie, ani ako presne prebiehajú zrážky, ktoré ich vytvárajú. Rovnako nie je známe, ako často sa takéto udalosti vyskytujú v neskorších fázach vývoja. Vedci očakávajú, že odpovede prinesú ďalšie pozorovania Webba a pripravované teleskopy, ako Nancy Grace Roman Space Telescope a misia PRIMA. S rastúcou vzorkou bude možné overiť, či sú naše predstavy o ranom vývoji Slnečnej sústavy správne. Zatiaľ však môžeme len konštatovať, že extrémne troskové disky sú vzácnym, ale poučným javom, ktorý spája minulosť našej sústavy s prítomnosťou iných hviezd.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
