Вперше астрономи спостерігали безпрецедентно докладно процеси, що породжують зірки та планети в сонячних системах. Використовуючи обидва телескопи Кека на Мауна-Кеа на Гаваях, оснащені спеціально розробленим приладом під назвою ASTRA (ASTrometric and Phase-Reference Astronomy), Джошуа Ейснер з Університету Арізони та його колеги змогли глибоко зазирнути в протопланетні диски - закручені хмари газу та пил, який живить зростаючу зірку в її центрі і з часом зростається на планети та астероїди, утворюючи Сонячну систему. Те, що вони побачили, - це зрозуміти, як газ водню з протопланетного диска вбудовується до зірки.
З метою отримання надзвичайно тонкої роздільної здатності, необхідної для спостереження за процесами, які відбуваються на кордоні між зіркою та її оточуючим диском за 500 світлових років від Землі, команда поєднала світло з двох телескопів Кека, що забезпечує кутову роздільну здатність тоншу, ніж Хаббл . Ейснер та його команда також застосували методику, звану спектроастрометрію, щоб ще більше підвищити роздільну здатність. Виміряючи світло, що випливає з протопланетних дисків на різній довжині хвилі як із дзеркалами телескопа Кека, так і маніпулюючи ним далі ASTRA, дослідники досягли необхідної резолюції для спостереження за процесами в центрах зароджених сонячних систем.
"Кутове дозвіл, яке ви можете досягти за допомогою космічного телескопа" Хаббл ", приблизно в 100 разів занадто грубе, щоб можна було побачити, що відбувається тільки поза зоровою зіркою, не набагато більшою, ніж наше сонце", - сказав Ейснер. Іншими словами, навіть протопланетний диск, достатньо близький, щоб його можна було розглядати по сусідству з нашою Сонячною системою, здавався б безхарактерним крапом.
Завдяки цій новій техніці команда змогла розрізнити розподіл газу, в основному складається з водню, та пилу, тим самим вирішивши особливості диска.
"Ми змогли дійсно, дійсно наблизитися до зірки і подивитися правильно на інтерфейс між багатим газом протопланетним диском і зіркою", - сказав Ейснер.
Протопланетні диски утворюються в зоряних розплідниках, коли хмари молекул газу та частинок пилу починають руйнуватися під дією сили тяжіння.
Спочатку обертаючись повільно, зростаюча маса та гравітація хмари призводять до того, що вона стає більш щільною та компактною. Збереження обертального імпульсу прискорює хмару, коли вона скорочується, подібно до того, як фігуристка крутиться швидше, коли вона затягує руки. Відцентрова сила згладжує хмару у спінінг-диск, що крутиться газом і пилом, врешті-решт породжуючи планети, що обертаються навколо їх зірки приблизно в одній площині.
Астрономи знають, що зірки набувають масу, включаючи частину газу водню в диск, який їх оточує, в процесі, який називається нарощенням, що може відбутися одним із двох способів.
За одним сценарієм, газ проковтується під час омивання прямо до вогненної поверхні зірки.
У другому, набагато більш жорстокому сценарії, магнітні поля, зібрані від зірки, відштовхують наближається газ і змушують його накопичуватися, створюючи проміжок між зіркою та навколишнім диском. Замість того, щоб притискатися до поверхні зірки, атоми водню рухаються по лініях магнітного поля, як ніби по шосе, стаючи надмірно нагрітими та іонізованими в цьому процесі.
"Потрапивши в магнітне поле зірки, газ виводиться по лініях поля, що вигинаються високо над і під площиною диска", - пояснив Ейснер. "Потім матеріал з великими швидкостями врізається в полярні райони зірки".
У цьому інферно, який щосекунди вивільняє енергію мільйонів атомних бомб розміром Хіросіма, частина поточного газового потоку викидається з диска і викидається далеко в космос як міжзоряний вітер.
"Ми хочемо зрозуміти, як матеріал накопичується на зірку", - сказав Ейснер. «Цей процес ніколи не вимірювався безпосередньо».
Команда Ейснера вказала телескопи на 15 протопланетних дисків з молодими зірками, що мають масу від половини до 10 разів від нашого сонця.
"Ми могли б успішно встановити, що в більшості випадків газ перетворює частину своєї кінетичної енергії в світло дуже близько до зірок", - сказав він, що є знаковою ознакою більш жорстокого сценарію нарощування.
"В інших випадках ми бачили докази вітрів, запущених у космос разом із матеріалами, що накопичуються на зірці", - додав Ейснер. "Ми навіть знайшли приклад - навколо дуже великої зірки, в якому диск може доходити аж до зоряної поверхні".
Сонячні системи, які астрономи обрали для цього дослідження, ще молоді, ймовірно, кілька мільйонів років.
"Ці диски будуть приблизно на кілька мільйонів років більше", - сказав Ейснер. "До того часу можуть утворюватися перші планети, газові гіганти, схожі на Юпітера та Сатурна, використовуючи багато дискового матеріалу".
Більш солідних, скелястих планет, таких як Земля, Венера або Марс, не буде навколо набагато пізніше.
"Але будівельні блоки для тих, хто може формуватися зараз", - сказав він, і саме тому це дослідження важливе для нашого розуміння того, як формуються сонячні системи, включаючи ті, у кого потенційно мешкають планети, як Земля.
"Ми побачимо, чи зможемо ми зробити аналогічні вимірювання органічних молекул та води в протопланетних дисках", - сказав він. "Це були б ті, хто потенційно породжує планети з умовами для життя".
Документи команди були опубліковані в журналі Astrophysical Journal
Папір: Eisner et al. Просторово-спектрально розведений газ водню в межах 0,1 AU від T Tauri та Herbig Ae / Be Stars.
Джерело: Університет Арізони
