Pochodzenie Ziemi i całego Układu Słonecznego budzi zainteresowanie zarówno naukowców, jak i opinii publicznej. Badając obecny stan naszej planety i innych obiektów układu opracowaliśmy dość szczegółowy obraz warunków, w jakich ewoluowały one z dysku zbudowanego z pyłu i gazu otaczającego młode Słońce przed 4,5 miliarda lat.
Dzięki ogromnemu postępowi, jaki dokonał się w badaniach nad formowaniem się gwiazd i planet wokół odległych obiektów astronomicznych, możemy teraz dokładnie poznać warunki panujące w środowiskach otaczających młode gwiazdy i porównać je z tymi uzyskanymi dla wczesnego Układu Słonecznego. Korzystając z Interferometru VLTI Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem Józsefa Vargi z Obserwatorium Konkoly w Budapeszcie na Węgrzech dokonał właśnie ważnego odkrycia w tej dziedzinie: zaobserwował dysk planetotwórczy młodej gwiazdy HD 144432, oddalonej od nas o około 500 lat świetlnych.
Zbadano między innymi rozkład pyłu w najbardziej wewnętrznym obszarze tego dysku, po raz pierwszy wykrywając w nim złożoną strukturę, w której pył gromadzi się w aż trzech koncentrycznych pierścieniach. Ten obszar najprawdopodobniej odpowiada strefie, w jakiej w naszym Układzie Słonecznym uformowały się planety skaliste, w tym Ziemia. Porównując dalej do naszego układu: pierwszy pierścień wokół HD 144432 znajduje się mniej więcej "na" orbicie Merkurego, a drugi jest zbliżony do trajektorii Marsa. Trzeci pierścień z grubsza odpowiada orbicie Jowisza.
Do tej pory astronomowie znajdowali takie konfiguracje głównie w większych skalach przestrzennych, odpowiadających orbitom, na których Saturn okrąża Słońce. Układy pierścieni w dyskach wokół młodych gwiazd zazwyczaj wskazują na planety formujące się w tzw. szczelinach, na etapie, gdy dopiero gromadzą pył i gaz na swojej orbitalnej trasie. HD 144432 jest jednak pierwszym przykładem tak złożonego układu pierścieni położonych tak blisko swojej macierzystej gwiazdy. Pierścienie te znajdują się do tego w strefie bogatej w pył, który jest budulcem planet skalistych podobnych do Ziemi. Zakładając, że pierścienie wskazują na obecność dwóch planet formujących się w obrębie szczelin, astronomowie oszacowali, że ich masy przypominają w przybliżeniu masę Jowisza.
Zespół wyznaczył również skład pyłu w całym dysku, aż do odległości od jego gwiazdy centralnej, która odpowiada odległości Jowisza od Słońca. To, co znaleźli, jest bardzo dobrze znane naukowcom badającym Ziemię i skaliste planety w Układzie Słonecznym: są tam różnorodne krzemiany (związki metalu, krzemu i tlenu) i inne minerały obecne w skorupie i płaszczu Ziemi oraz najprawdopodobniej metaliczne żelazo obecne w jądrach Merkurego i Ziemi. Jeśli wyniki te zostaną potwierdzone, byłby to pierwszy przypadek odkrycia żelaza w dysku protoplanetarnym.
Astronomowie do tej pory tłumaczyli obserwacje pyłowych dysków zawartą w nich mieszaniną pyłu węglowego i krzemianowego, czyli tych materiałów, które widzimy niemal wszędzie we Wszechświecie. Jednak, jak wyjaśnia zespół, z chemicznego punktu widzenia to właśnie obecność mieszaniny żelaza i krzemianów jest bardziej prawdopodobna w przypadku gorących, wewnętrznych obszarów dysku, z którego formują się planety. A pył obserwowany w dysku HD 144432 może mieć nawet temperaturę 1500 stopni Celsjusza przy wewnętrznej krawędzi i około 25 stopni w pobliżu tej zewnętrznej. Minerały i żelazo topią się więc łatwo i ponownie kondensują w pobliżu gwiazdy, często w postaci kryształów. Z kolei ziarna węgla nie przetrwałyby tego gorąca i zamiast tego byłyby raczej obecne w postaci gazowego tlenku lub dwutlenek węgla. Mimo to węgiel może wciąż być istotnym składnikiem stałych cząstek zawartych w zimnym dysku zewnętrznym, czego już obserwacje przeprowadzone w ramach omawianych badań nie były w stanie wykazać.
Pył bogaty w żelazo i ubogi w węgiel również dobrze pasowałby do warunków panujących w Układzie Słonecznym. Merkury i Ziemia są planetami bogatymi w żelazo, podczas gdy Ziemia zawiera stosunkowo mało węgla. Zatem dysk HD 144432 może być bardzo podobny do wczesnego Układu Słonecznego, w którym skalistym planetom, które obecnie obserwujemy, dysk dostarczał na pewnym etapie sporo żelaza. A to może oznaczać, że skład naszego układu może być dość typowy w skali kosmosu.
Jak powszechne są jednak takie uporządkowane, bogate w żelazo dyski planetotwórcze? Poza Układem Słonecznym to właśnie HD 144432 wydaje się być drugim przykładem planet formujących się w środowisku obfitym w żelazo. Astronomowie nie zamierzają jednak na tym poprzestać. Jak podkreślają autorzy publikacji, wciąż jest kilka innych obiecujących kandydatek, które tylko czekają, aż VLTI przyjrzy się im bliżej. We wcześniejszych obserwacjach zespół odkrył szereg dysków wokół młodych gwiazd, które wskazują na konfiguracje warte ponownego zbadania. Być może już niedługo astronomowie będą mogli dokładniej określić, czy i jak często planety tworzą się w bogatych w żelazo pyłowych dyskach, w pobliżu swoich gwiazd macierzystych.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja: J. Varga et al, Mid-infrared evidence for iron-rich dust in the multi-ringed inner disk of HD 144432, Astronomy & Astrophysics (2023)
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Źródło: Space.com
Na ilustracji: Obserwacje przeprowadzone za pomocą interferometru VLTI Europejskiego Obserwatorium Południowego ESO wykazały obecność różnych związków krzemianowych i prawdopodobnie żelaza, substancji występujących w dużych ilościach na planetach skalistych Układu Słonecznego. (Jenry)
