8 Minutės
Nenumatytas šviesos taškas pasirodė Fomalhauto aplinkoje esančiame atliekų žiede — netoli esanti jaunų žvaigždžių sistema, už maždaug 25 šviesmečių nuo Žemės. Nauji Hubble kosminio teleskopo stebėjimai rodo, kad galime stebėti katastrofiško susidūrimo tarp dviejų asteroido dydžio kūnų padarinius — įvykį, kuris atveria tiesioginį langą į procesus, vedančius prie planetų formavimosi.
Retas, užfiksuotas susidūrimas kaimyninėje sistemoje
Fomalhaut, apie 440 milijonų metų amžiaus žvaigždė, apsupta plataus atliekų disko, likusio po jos susidarymo. Šis žiedas ilgą laiką domino astronomus, tiriančius, kaip evoliucionuoja planetesimalai — planetų statybiniai blokai. 2023 m. Hubble kosminis teleskopas užfiksavo naują ryškų šaltinį išoriniame disko žiede. Iš pirmo žvilgsnio jis priminė planetą, atspindinčią žvaigždės šviesą, tačiau kruopštus palyginimas su archyvinėmis nuotraukomis parodė, jog tokio šaltinio anksčiau nebuvo.
Paul Kalas (Kalifornijos universiteto Berkeley) vadovaujama tyrėjų grupė naujai aptiktą objektą pavadino Fomalhaut cs2 (circumstellar source 2). Jis prisijungė prie anksčiau pastebėto tranzientinio šaltinio, kartais vadinto Fomalhaut b arba neformaliai Dagon — ankstesni stebėjimai parodė, kad tai buvo ryški, bet trumpalaikė dulkių debesies koncentracija, o ne tikra planeta. Komandos analizė rodo, kad tiek cs1 (Dagon), tiek cs2 susidarė dėl smarkių susidūrimų tarp panašaus dydžio kūnų, kurių skersmuo siekė maždaug 60 kilometrų (apie 37 mylias).
„Tai pirmas kartas, kai tokiu būdu mūsų dėmesį sudomino staiga atsiradęs šviesos taškas egzoplanetų sistemoje,“ — sakė Kalas aptardamas atradimą ir pažymėjo, kad šis šaltinis neatitinka senesnių Hubble kadrų. Išvada: vietoj stabilios planetos cs2 tikėtina yra kintanti dulkių debesies struktūra, susidaranti, kai du dideli planetesimalai susidūrus vaporizuoja reikšmingą kiekį uolienų ir dulkių.
Hubble kosminio teleskopo pozicijos: cs1 2012 m. ir cs2 2023 m.
Kodėl du susidūrimai yra svarbūs: statistika, ne tik efektas
Katastrofiški smūgiai atliekų diske savaime nėra netikėtumas, tačiau ankstesnės teorinės prognozės vertino tokių mastų atradimus kaip itin retus — galbūt kartą per 100 000 metų konkrečioje vietoje. Stebint du panašius įvykius per maždaug 20 metų tarp Hubble epochų toje pačioje Fomalhauto išorinėje žiedo zonoje, iškylą rimtas iššūkis tokiam įverčiui. Turint antrą duomenų tašką astronomai gali pereiti nuo atskirų anekdotų prie statistinių išvadų apie susidūrimų dažnį ir diskų evoliuciją.
Mark Wyatt (Kembrydžo universitetas) pažymi, kad pasikartojantys susidūrimai leidžia tiesiogiai įvertinti tiek susidūrusių objektų dydžius, tiek jų populiacijos tankį. Remdamiesi dulkių debesų ryškumu ir evoliucija, tyrėjų komanda apskaičiavo, kad sunaikinti planetesimalai buvo maždaug po 60 km skersmens. Iš susidūrimų dažnumo ir atliekų ryškumo jie preliminariai įvertino, kad Fomalhauto diske gali būti apie 300 milijonų panašių objektų — gausus statybinių blokų rezervuaras galimiems didesniems kūnams.
Kelios atskiros susidūrimų vietos, sutelktos vienoje žiedo zonoje, taip pat suteikia informacijos apie disko vidaus dinamiką. Žiede pastebėtos koncentrinės spragos, asimetrijos ir didesnės dulkių sankaupos rodo, kad veikia nematomi agentai — galimai formuojančios planetos ar masyvūs kūnai — kurie gravitaciškai nurodinėja medžiagą ir padidina jos reliatyvias greičio skirtumus. Tai savo ruožtu skatina dažnesnius trenkimus. Be to, 2023 m. JWST (James Webb kosminis teleskopas) infraraidiniai vaizdai atskleidė didesnį dulkių mazgą toje pačioje išorinėje juostoje, kurį interpretuota kaip dar vieną galimą susidūrimo rezultatą arba ilgalaikį turbulencijos padarinį.
Šių dviejų įvykių sutapimas ir jų lokalizacija leidžia modeliuoti ne tik statinę žiedo geometriją, bet ir dinaminį jo elgesį, įskaitant orbitinę pusiausvyrą, dalelių izoliaciją ir energijos paskirstymą per susidūrimus. Iš šių duomenų galima tirti ir planetų formavimo scenarijus, kaip antai tolesnį akrecijos etapą po didelio susidūrimo arba planetesimalų smulkinimą, kuris tiektų sulaužytas medžiagas tolimesniam aglomeravimuisi.
Ką dulkės atskleidžia apie sudėtį ir evoliuciją
Kai du planetesimalai susiduria dideliu greičiu, atlaisvinta energija skyla ir vaporizuoja uolienas, mineralus ir volatilius komponentus. Susidariusio dulkių debesies atspindimas žvaigždės šviesos intensyvumas gali imituoti nedidelės planetos fotometrinį ženklą net kelerius metus; tačiau laikas, kaip jis išsisklaido, bei debesies morfologija priklauso nuo dalelių dydžių pasiskirstymo, kompozicijos ir orbitinių sąlygų.
Stebėdami pasikeitimus formoje, ryškume ir judėjimo trajektorijoje per pakartotines stebėjimų epochas, astronomai gali išvesti dalelių matmenis, smūgio energetiką ir net apytikslius mineraloginius požymius. Pavyzdžiui, debesies pamažu raudonėjantis spektras gali reikšti smulkesnių grūdų gausą arba specifinę mineralogiją su didesniu organinių arba geležies oksidų kiekiu. Debesis, kuris plečiasi arba formuoja kometos tipo uodegą, rodo, kad žvaigždės spinduliuotės slėgis ir radiacinės jėgos aktyviai išstumia smulkias daleles bei formuoja sluoksninę struktūrą.
Analizė taip pat apima terminių emisijų matavimus infraraudonajame diapazone, kurie leidžia nustatyti dulkių masę ir temperatūrą. Hubble teikia aukštos raiškos optinius vaizdus, o JWST — papildomą infraraudonąją informaciją apie šaltesnes dalelių komponentes ir terminį kontrastą. Kartu šie duomenys padeda rekonstruoti susidūrimo energetiką, įvertinti turbulencijos mastą ir nubrėžti galimas tolimesnės akrecijos ar erozijos trajektorijas diske.
Tyrėjai planuoja toliau stebėti cs2 ir kitas tranzientines struktūras skirtingais bangų ilgiais, kad būtų galima sekti dalelių evoliuciją nuo didesnių fragmentų iki smulkios dulkių frakcijos. Tokie stebėjimai padėtų patikslinti planetesimalų garavimo ir kondensacijos modelius bei nustatyti, ar susidūrimų produktai gali vėl įsijungti į planetų augimo procesą ar likti ilgalaikėmis debris struktūromis.
Stebėjimo strategija ir būsimų misijų vaidmuo
Šis atradimas pabrėžia ilgalaikių, kelių epochų vaizdavimo svarbą dinamiškų planetinių sistemų supratimui. Misijos, orientuotos į tiesioginį egzoplanetų aptikimą atspindėta šviesa, turi įtraukti galimų tranzientų ir dulkių reiškinių valdymą, kurie gali klaidinti planetų identifikaciją. Todėl stebėjimų dažnis ir epochos (angl. cadence) tampa toks pat svarbus kaip ir instrumentų jautrumas.
Hubble archyvinė sparta leido patvirtinti, kad cs2 nebuvo praeituose stebėjimuose, o JWST infraraidiniai stebėjimai suteikia papildomą informaciją apie vėsesnes dulkių frakcijas ir jų šiluminę emisiją. Žemės paviršiaus observatorijos su aukšto kontrasto vaizdavimo instrumentais ir koronografais arba būsimais starshade moduliais, kartu su tęstiniais kosminiais tyrimais, reikšmingai pagerins galimybes atskirti tikras planetas nuo laikinių susidūrimų produktų.
Be to, spektrinė analizė, interferometrija submilimetriniame ir radijo diapazonuose bei poliarimetrija optinėje ir infraraudonojoje srityse gali suteikti papildomų duomenų apie dalelių formą, matmenų pasiskirstymą ir cheminį sudėtį. Integruotos stebėjimo kampanijos, suderintos tarp Hubble, JWST, ALMA ir ateities aukšto kontrasto misijų, leis vykdyti nuoseklią tranzientų taktiką ir sumažinti klaidingų planetų identifikavimo riziką.
Praktiniai pastebėjimai taip pat verčia peržiūrėti modelius, skirtus planetoformavimo laikotarpiams, nes didesnis susidūrimų dažnis tam tikrose žiedo zonose reiškia intensyvesnį masės perdirbimą, trunkantį galbūt milijonus metų. Tai gali paveikti galutinį planetų masių paskirstymą, orbito stabilumą ir net planetų atmosferų formavimąsi dėl papildomo volatilių komponentų tiekimo ar šalinimo.
Specialisto nuomonė
„Fomalhaut yra retas, gyvas laboratorinis objektas,“ — sako dr. Leila Moreno, planetų susidarymo specialistė. „Pakartotiniai susidūrimai tame pačiame spindulyje rodo, kad stebime dinaminių procesų padarinius — galimai nematomų planetų skulptūrinį poveikį disko struktūrai. Stebint, kaip šios dulkių sankaupos keičiasi, gauname langą į planetesimalų medžiagines savybes ir planetų susidarymo laiko skalę.“
Moreno priduria, kad daugiajuostis tolimesnis stebėjimas yra būtinas: „Optiniai vaizdai rodo atspindimą šviesą, o infraraudonųjų ir submilimetrinių bangų stebėjimai atskleidžia atliekų išskiriamą šilumą ir masę. Kartu jie leidžia rekonstruoti smūgio energetiką, įvertinti į procesą įtraukto masės kiekį ir nuspėti galimus tolesnius planetų augimo scenarijus sistemoje.“
Išvados
Naujasis Hubble aptikimas Fomalhauto cs2 — kartu su ankstesniu cs1/Dagon įvykiu — keičia vienintelę smalsumo epizodą į matomą reiškinį, kurio galima imtis statistinei analizei. Du užfiksuoti susidūrimai maždaug toje pačioje žiedo vietoje leidžia geriau įvertinti planetesimalų dydžius ir jų skaičių bei rodo dinamiškai aktyvią aplinką, kur planetų susidarymas gali vis dar vykti.
Tęsiniai stebėjimai su Hubble, JWST ir būsimos kartos observatorijomis padės sekti, kaip šios dulkių debesys išsisklaido, lems tiksliau atskirti laikinus debris objektus nuo tikrų planetų ir taip ryškinti mūsų supratimą apie planetinių sistemų formavimąsi bei evoliuciją. Tokios integruotos, ilgo periodo stebėjimo kampanijos yra būtinos, kad galėtume ne tik fiksuoti pavienius įvykius, bet ir suprasti platesnę planetogenezės dinamiką ir jos įtaką galimų gyvybės platumų susiformavimui ateityje.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą