Observatoře HST a JWST překvapivě ukázaly hladký disk kolem Vegy

Ve filmu „Kontakt“ z roku 1997, adaptaci románu Carla Sagana z roku 1985, se hlavní vědkyně Ellie Arrowayová (kterou hraje herečka Jodi Fosterová) vydává na cestu červí dírou, kterou vybudovali mimozemšťané, ke hvězdě pojmenované Vega. Vynoří se uvnitř sněhové bouře trosek obklopující hvězdu – ale nejsou vidět žádné zjevné planety. Vypadá to, že se to filmařům povedlo.

Tým astronomů z University of Arizona, Tucson, využil vesmírné dalekohledy NASA – HST a JWST – k bezprecedentnímu hloubkovému pohledu na disk „trosek“ o průměru téměř 160 miliard km, který obklopuje Vegu. „Dalekohledy Hubble a Webb ukazují tento velmi jasný pohled na Vegu. Je to záhadný systém, protože se liší od jiných cirkumstelárních disků, které jsme dosud pozorovali,“ řekl Andras Gáspár z University of Arizona, člen výzkumného týmu. „Disk kolem Vegy je hladký, až nemožně hladký.“

Velkým překvapením pro výzkumný tým bylo, že neexistují žádné zjevné důkazy o tom, že by jedna nebo více velkých planet proráželo disk jako sněžné traktory. „Nutí nás to přehodnotit rozsah a rozmanitost exoplanetárních systémů,“ řekla Kate Su z University of Arizona, hlavní autorka článku prezentujícího závěry z Webbova teleskopu.

Webb pozoruje infračervené záření z disku částic o velikosti písku, které krouží kolem syčící modrobílé hvězdy, jež je 40krát jasnější než naše Slunce. Hubble zachytil vnější halo tohoto disku s částicemi o konzistenci ne větší než kouř, které odrážejí světlo hvězdy.

Rozložení prachu v disku kolem Vegy je vrstevnaté, protože tlak hvězdného světla vytlačuje menší zrna rychleji než větší zrna. „Různé typy fyziky lokalizují částice různých velikostí na různých místech,“ řekl Schuyler Wolff z týmu University of Arizona, hlavní autor článku prezentujícího poznatky Hubbleova teleskopu. „Skutečnost, že se nám daří vyřešit velikosti prachových částic, nám může pomoci pochopit základní dynamiku v cirkumstelárních discích.“

Disk u Vegy má sice nepatrnou mezeru, která se nachází asi 60 AU od hvězdy (dvojnásobek vzdálenosti Neptunu od Slunce), ale jinak je velmi hladký, až se nakonec ztrácí v záři hvězdy. To ukazuje, že v něm neobíhají žádné planety s hmotností alespoň o velikosti Neptunu na vzdálených oběžných drahách, jako je tomu v naší Sluneční soustavě, tvrdí vědci.

„Podrobně vidíme, jak velká je rozmanitost cirkumstelárních disků a jak je tato rozmanitost propojena se základními planetárními systémy. Zjišťujeme o planetárních systémech spoustu informací – i když nevidíme, kde by mohly být skryté planety,“ dodala Su. „V procesu formování planet je stále mnoho neznámých a myslím si, že tato nová pozorování Vegy pomohou vymezit modely formování planet.“

JWST rozlišil záři teplého prachu v disku ve vzdálenosti 37 miliard kilometrů. Vnější disk (analogický s Kuiperovým pásem Sluneční soustavy) se rozprostírá od 11 do 24 miliard kilometrů. Vnitřní disk se rozprostírá od vnitřního okraje vnějšího disku až do těsné blízkosti hvězdy. Dochází k výraznému poklesu povrchové jasnosti vnitřního disku od přibližně 5,7 do 11,2 miliard kilometrů. Černá skvrna uprostřed blokuje světlo hvězdy.

Rozmanitost disku
Nově se formující hvězdy obklopuje disk prachu a plynu, který je zploštělým zbytkem oblaku, ze kterého se formují. V polovině 90. let 20. století Hubbleův teleskop objevil disky kolem mnoha nově se formujících hvězd. Disky jsou pravděpodobně místy vzniku, migrace a někdy i destrukce planet. Plně zralé hvězdy, jako je Vega, mají prachové disky obohacené probíhajícími srážkami mezi obíhajícími asteroidy a troskami z odpařujících se komet. Jedná se o prvotní tělesa, která mohou přežít až do současného věku Vegy 450 milionů let (naše Slunce je přibližně desetkrát starší než Vega).

Prach ve Sluneční soustavě (pozorovaný jako zvířetníkové světlo) je také doplňován menšími tělesy, která vyvrhují prach v množství asi 10 tun za sekundu. To poskytuje strategii pro detekci planet kolem jiných hvězd, aniž by je bylo nutné přímo vidět – pouhým pozorováním jejich účinků na prach.

„Vega je i nadále neobvyklá,“ řekl Wolff. „Architektura systému kolem Vegy se výrazně liší od naší vlastní Sluneční soustavy, kde obří planety jako Jupiter a Saturn brání šíření prachu tak, jak se to děje u Vegy.“

Pro srovnání, blízká hvězda Fomalhaut je zhruba stejně vzdálená, má stejný věk a teplotu jako Vega. Obklopující architektura Fomalhautu se však od Vegy značně liší. Fomalhaut obklopují tři prstence plynu, prachu a drobných úlomků.

Planety jsou považovány za „pastýřská tělesa“ kolem Fomalhautu, která gravitačně stahují prach do prstenců, ačkoliv dosud nebyly žádné planety pozitivně identifikovány. „Vzhledem k fyzické podobnosti mezi hvězdami Vega a Fomalhaut: proč Fomalhaut byl schopen tvořit planety a Vega ne?“ řekl člen týmu George Rieke z University of Arizona, člen výzkumného týmu. „Jaký je v tom rozdíl? Vytvořilo tento rozdíl cirkumstelární prostředí, nebo samotná hvězda? Záhadné je, že v obou funguje stejná fyzika,“ dodal Wolff.

První stopa k možnému vzniku planet
Vega, která se nachází v letním souhvězdí Lyry, je jednou z nejjasnějších hvězd na severní obloze. Vega je legendární, protože poskytla první důkazy o materiálu obíhajícím kolem hvězdy – pravděpodobně materiálu pro tvorbu planet – jako potenciálním sídle života. Tuto hypotézu poprvé vyslovil Immanuel Kant v roce 1775. Trvalo však více než 200 let, než byly v roce 1984 shromážděny první pozorovací důkazy. Satelit IRAS (Infrared Astronomy Satellite) detekoval záhadný nadbytek infračerveného světla z teplého prachu. Byl interpretován jako obal nebo disk prachu sahající od hvězdy na dvojnásobek vzdálenosti Pluta od Slunce.

V roce 2005 zmapoval vesmírný dalekohled Spitzer Space Telescope prstenec prachu kolem Vegy. Toto zjištění dále potvrdila pozorování pomocí submilimetrových dalekohledů, včetně observatoře na Mauna Kea na Havaji, dále pak radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) v Chile a Herschel Space Telescope Evropské kosmické agentury (ESA), ale žádný z těchto dalekohledů nedokázal zachytit více detailů. „Pozorování z Hubbleova a Webbova teleskopu dohromady poskytují mnohem více detailů a říkají nám něco zcela nového o systému kolem Vegy, co nikdo předtím nevěděl,“ řekl Rieke.

Dva články (Wolff et al. a Su et al.) od arizonského týmu byly publikovány v časopise Astrophysical Journal.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-webb-probe-surprisingly-smooth-disk-around-vega/ a https://www.herschel.caltech.edu/image/nhsc2013-001b

autor: František Martinek