ALMA odhaluje, jak se formují disky, z nichž se tvoří planety

Nová studie identifikuje dlouho hledanou přechodovou zónu, kde se z padajícího plynu stává rotující disk. Každá planeta – včetně všech planet ve Sluneční soustavě – se zrodila uvnitř rotujícího disku plynu a prachu vířícího kolem mladé hvězdy. Astronomové již dlouho vědí, že tyto disky existují a že se v nich planety formují. Co nedokázali vysvětlit, bylo, jak se tam surovina vůbec dostane. Nyní nová studie vedená Indranim Dasem z Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) nalezla chybějící dílek: zřetelnou přechodovou zónu, kde se chaotický, padající plyn postupně usazuje do uspořádané rotace disku, ve kterém se tvoří planety. Tým ji pojmenoval ENDTRANZ – Envelope Disk Transition Zone – a poprvé ji detekoval ve skutečné mladé hvězdné soustavě pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Z chaosu k řádu
Mladé hvězdy jsou obklopeny obrovským pláštěm plynu a prachu zvaným obálka. Gravitace přitahuje tento materiál dovnitř a zásobuje rostoucí hvězdu i disk kolem ní. Dopadající plyn se však pohybuje jinak než disk – pomaleji a chaoticky – a bod, ve kterém se jedno stává druhým, nebyl nikdy jasně pozorován.

Dřívější teoretické modely předpokládaly, že změna je ostrá, téměř okamžitá. Nová studie ukazuje, že tomu tak není. Pomocí numerických simulací s kódem FEOSAD tým sledoval, jak se kolabující jádro mračna vyvíjí do systému hvězda-disk – a zjistil, že přechod probíhá postupně v konečné oblasti a zanechává po sobě charakteristický podpis: charakteristický „skok“ v rozložení specifického momentu hybnosti, což je míra rotace plynu v závislosti na jeho vzdálenosti od hvězdy.

„Existence zóny ENDTRANZ je přirozeným důsledkem přerozdělení hmoty a momentu hybnosti během formování disků kolem mladých hvězd. Tento proces v konečném důsledku určuje, jak se dopadající materiál z obálky, který se otáčí pomaleji než je Keplerovská rychlost, rozprostírá a vytváří disk, a postupně se usazuje do uspořádané Keplerovské rotace,“ vysvětlil Indrani Das.

Radioteleskop ALMA našel otisk prstu
Aby otestoval, zda zóna ENDTRANZ existuje, tým se obrátil na L1527 IRS, mladou protohvězdu vzdálenou asi 450 světelných let v molekulárním oblaku v souhvězdí Býka. Pomocí dat z radioteleskopu ALMA Large Program eDisk (Embedded Disks in Planet Formation) zjistili přesně stejnou charakteristiku momentu hybnosti, jakou simulace předpovídaly – rozprostírající se v zóně široké zhruba 16 astronomických jednotek.

„Tento stopovač ENDTRANZ se v podstatě projevuje postupným přechodem v rotační rychlosti, což nabízí diagnostický rámec pro pochopení fyzikálních procesů, které řídí vývoj disku,“ řekl Shantanu Basu, prozatímní ředitel Kanadského institutu pro teoretickou astrofyziku a spoluautor studie.

Mimořádné rozlišení radioteleskopu ALMA bylo pro umožnění této detekce zásadní, protože rozlišilo strukturu na přesném rozhraní mezi obalem a diskem – což byl dříve nedosažitelný režim.

„Pečlivá prohlídka a srovnání radiální závislosti specifického momentu hybnosti mezi pozorovacími daty a simulacemi pomohly identifikovat důkazy o přítomnosti ENDTRANZ u L1527 IRS,“ řekl Nagayoshi Ohashi, hlavní výzkumník programu ALMA eDisk Large a spoluautor studie.

Nový pohled na formování planet
Objev potvrzuje, že zóna ENDTRANZ je základním prvkem toho, jak se hvězdy a planetární systémy utvářejí – a otevírá dveře k hledání stejného podpisu u dalších mladých systémů po celé Galaxii.

„V mnoha ohledech věříme, že je to jen začátek!“ řekl Indrani Das.

Popis k obrázkům:
Obr. 1
Konceptuální vizualizace ENDTRANZ, přechodové zóny na hranici obálky a disku, která je znázorněna jako červeně zbarvený prstenec, kde pohyb plynu postupně přechází z padající obálky do Keplerovy rotace v protoplanetárním disku obklopujícím mladou hvězdu. Jedná se o ilustraci generovanou umělou inteligencí založenou na dvourozměrné prostorové mapě specifického momentu hybnosti v rovníkové rovině, získané z numerických simulací. Mapa specifického momentu hybnosti nabízí intuitivní pohled na ENDTRANZ, díky čemuž je její dynamika zřetelnější než na mapě rotační rychlosti.
Credit: Indrani Das/ASIAA

Obr. 2
Mladý protohvězdný systém L1527 IRS vyfotografovaný pomocí NIRCam na vesmírném dalekohledu Jamese Webba (levý panel) a pozorované pohyby plynu v tomto systému získané pomocí ALMA Large Program eDisk (pravý panel). (a) Radiální variace specifického momentu hybnosti a (b) rotační rychlost jsou zobrazeny na základě modře a červeně posunutých složek rychlosti. Skok v pozorovaném radiálním profilu specifického momentu hybnosti v oblasti zvýrazněné oranžovou barvou je důkazem ENDTRANZ, kde pohyb plynu přechází z padající rotující obálky do Keplerovského disku.
Credit: NASA, ESA, CSA, STScI; Indrani Das/ASIAA

Zdroj: https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/alma-reveals-how-planet-forming-disks-take-shape/ a https://www.cita.utoronto.ca/cosmic-cloud-becomes-solar-system-scientists-discover-endtranz-missing-link/

autor: František Martinek