Hvězdy a planety rostou spolu, ukázal průzkum mrtvé soustavy

TLDR: Průzkum hvězdných hřbitovů nám řekl víc o počátku planetárních soustav. Zdá se, že planety se musejí zformovat už během prvního milionu vzniku dané soustavy. Studie tuna.

Evoluce, nikoliv revoluce

Formování planet na počátku vzniku Sluneční soustavě začalo zřejmě o fous dříve, než se tušilo. Myslí si to alespoň nová práce, která rovněž naznačuje, že stavební kameny planet vznikaly ve stejné době jako kameny Slunce. Proč je to překvapivé? Až doposud se mělo za to, že na formování planet dochází až poté, co rodící se hvězda v nitru soustavy dosáhne určité velikosti.

Ne snad, že by nynější studie přinesla nějaké radikálně nové zjištění – máme dnes již docela dobrou představu o tom, jak a z čeho planety vznikají. Ale přesná posloupnost tohoto vznikání nám doposud unikala – tým Amy Bonsor z Astronomického ústavu v Cambridge se proto pokusil najít odpověď paradoxně na konci života planetárních systémů.

Její tým si posvítil na složení atmosféry bílých trpaslíků – dávných pozůstatků hvězd, jako je naše Slunce – a zkoumal složení hmoty zdejších planet. Někteří bílí trpaslíci jsou famózními planetologickými laboratořemi, protože jejich řídké atmosféry fungují skoro jako jakési nebeské hřbitovy…

Jak hvězda typu Slunce začne odhazovat vnější části své atmosféry, expandující plyn často zpomaluje planety na drahách kolem této hvězdy. To může vést k degradaci orbity těchto planet, což v zásadě znamená, že nakonec spadnou do chřtánu své mateřské hvězdy! Ale pozor – takový pád nemusí znamenat, že uvnitř hvězdy skončí celá planeta. V určité vzdálenosti mezi planetou a hvězdou slapové jevy rozervou menší objekt, díky čemuž část hmoty do náruče hvězdy nespadne, nýbrž se může dostat na orbitu kolem ní.

Minimálně část této části přitom pochází z míst, do nichž obvykle jaksi nemáme přímý pohled – tedy z nitra té či oné planety. Nebeské hřbitovy tak paradoxně jsou i místem, kde se lze dozvědět víc o vývoji planetárních embryí, jelikož nám planety rozlousknou jako ořech. Zároveň expandující plyn nezpomaluje jenom planety, i jakékoliv další planetky. Do nitra hvězdy tedy padají i objekty, které vznikly na počátku formování dané hvězdné soustavy, a až doposud unikaly jiným gravitačním studnám! 

Obě tyto možnosti, ale zejména druha z nich, dávají možnost studovat detailněji složení materiálů, z něhož se exoplanety formovaly v dávném počátku svých soustav. A obě tyto možnosti nám tak nyní mohly pomoct opravit naše teorie

Kolem bílých trpaslíků je totiž rudy nejspíše dost! Zdroj: Giuseppe Parisi, Kevin Gill/Flickr
Kolem bílých trpaslíků je totiž rudy nejspíše dost! Zdroj: Giuseppe Parisi, Kevin Gill/Flickr

Na hřbitově o novorozencích

Díky spektroskopickým měřením tak dokážeme rozlousknuté oříšky, pardon planety a planetky, chemicky analyzovat ve svitu bílého trpaslíka na dálku.

Dosud se předpokládalo, že planety se začínají formovat v protoplanetárním disku (tvořeném především vodíkem, heliem a drobnými částicemi ledu a prachu) obíhajícím kolem formující se protohvězdy. Jak planety vznikají, prachové částice se sobě postupně lepí a nabalují se jako do větších “sněhových koulí”. Ty se pak srážejí do ještě větších objektů, a zbytek si už asi domyslíte. V jakém tempu ale na tento jev dochází? 

Vědátoři analyzovali spektroskopická pozorování z atmosfér 200 znečištěných bílých trpaslíků. Podle jejich analýzy lze směs prvků pozorovanou v atmosférách těchto bílých trpaslíků vysvětlit pouze v případě, že se mnoho původních planetek kdysi roztavilo, což způsobilo, že těžké železo kleslo do jádra, zatímco lehčí prvky plavaly na povrchu. Tento proces, známý jako diferenciace, například u nás způsobil, že Země má jádro bohaté na železo.

Tuto příčinu tavení lze přitom podle autorů připsat pouze velmi krátce žijícím radioaktivním prvkům, které existovaly v nejranějších fázích planetárního systému, ale rozpadly se během pouhého milionu let. A pokud byly tyto planetky roztaveny něčím, co na úsvitu planetární soustavy existovalo jen velmi krátkou dobu, pak se proces vzniku planet musel rozběhnout velmi rychle a mít poměrně rychlý průběh! 

Formování planet tak nejspíše při vznikání soustavy začíná velmi brzy po počátku formování hvězdy, a probíhá v podstatě paralelně spolu s ní. Proces radioaktivního tavení je přitom potenciálně všudypřítomným mechanismem ovlivňujícím vznik všech extrasolárních planet.

Vznik hvězd – alkoholy jsou nejvíc nalevo. Zdroj: University of Waikato/vlastní
Vznik hvězd – alkoholy jsou nejvíc nalevo. Zdroj: University of Waikato/vlastní

A v prach se obrátíš?

Astronomové dnes již samozřejmě můžou pozorovat i jiné vznikající planetární systémy. Chybí nám však jaksi dostatečně dlouhé pozorování jednoho z nich, protože jsme jedinou novou soustavu mohli jaksi sledovat maximálně pár dekád. Navíc v protoplanetárním disku existuje méně světla než v atmosféře bílých trpaslíků, což spektroskopickou analýzu bohužel komplikuje. 

Pozorování hvězdných hřbitovů tak ironií osudu může říct víc o počátku dávných soustav. Z množství odhalených prvků jako nikl a chrom lze pak obratem i říct, jak velká musela být plane(t)ka, která do náruče bílého trpaslíka spadla

Není to jediná studie, která zkoumala atmosféru bílých trpaslíků právě v honbě za odhalením složení planet, a klasicky platí, že čím více budeme mít dat, tím přesnější také naše modely budou. A tím snáze budeme také s to nahlížet nejen do končin vzdálených od Země v prostoru, ale svým způsobem i v čase

[Ladislav Loukota, Jan Tomaštík]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama