A HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet munkatársai (Ábrahám Péter, Kóspál Ágnes és Moór Attila) közreműködésével egy nemzetközi kutatócsoport az ALMA antennarendszert használva minden eddiginél részletesebb képet készített 24 törmelékkorongról, ami segíthet jobban megérteni a bolygórendszerek fejlődésének zűrzavaros kamaszkorát.
Az ARKS programban vizsgált 24 törmelékkorong nagy térbeli felbontású ALMA képe. A borostyánszínű képek a vizsgált korongokban található por eloszlását, míg a kék képek a hat gázban gazdag korongban (portérképeik a balra közvetlen mellettük lévő oszlopban láthatók) található szénmonoxid gáz eloszlását mutatják. Kép forrása: Sebastian Marino, Sorcha Mac Manamon és az ARKS együttműködés.
A bolygórendszerek családi fotóalbumának hiányzó képei
A bolygórendszerek kialakulása és korai fejlődése a fiatal csillagok körüli, gázban gazdag, ún. bolygóképző korongokban történik. Ezen korongok eltűnésével azonban a bolygórendszer fejlődése még nem zárul le, a kialakult bolygótestek ütközhetnek egymással, elvándorolhatnak eredeti keletkezési helyükről vagy akár el is hagyhatják rendszerüket, mielőtt kialakul egy stabilabb konfiguráció. A Naprendszer korai korszakában lejátszódó, hasonló eseményekre leginkább a külső törmelékgyűrű, a Kuiper-öv szerkezetének tanulmányozása révén nyerhetünk betekintést.
A Kuiper-övhöz hasonló, bár annál jóval nagyobb tömegű törmelékgyűrűket más csillagok körül is ismerünk. Míg a Naprendszer esetében leginkább a törmelék legnagyobb alkotóelemeit az ún. Kuiper-objektumokat (pl. Pluto, Makemake, Haumea) ismerjük, addig az exoKuiper-övekben a számunkra nem észlelhető nagyobb testek (bolygócsírák) ütközései nyomán létrejött porszemcsék hősugárzása figyelhető meg, utat nyitva a törmelékkorong szerkezetének és ezáltal akár az adott bolygórendszer történetének vizsgálatához.
Az elmúlt évtized során az ALMA antennarendszernek köszönhetően számos bolygóképző korongról készült rendkívül pontos térkép, megmutatva azok por- és gázanyagának térbeli eloszlását és feltárva a bolygók csecsemőkori környezetét. Ugyanakkor a tinédzserkorszak történéseiről tanúskodó törmelékkorongok hasonló részletességű vizsgálatára százszor-ezerszer kisebb fényességük miatt eddig nem került sor.
Az ARKS (The ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures) tudományos program csapata eddig soha nem látott részletességű képeket készített 24 törmelékkorongról az ALMA segítségével. Az új, lenyűgöző képek komplex korongszerkezeteket mutatnak, többszörös gyűrűkkel, széles övekkel, éles peremekkel, meglepő ívekkel, csomókkal. „Igazi sokszínűséget látunk, amelyek a bolygók történetének dinamikus és heves fejezetét tárják elénk” – teszi hozzá Sebastián Marino, az ARKS programvezetője.
Az ARKS program legfontosabb eredményei és újdonságai
- Új szint: Az ARKS mint a törmelékkorongok legnagyobb és legjobb térbeli felbontású felmérése, hasonlóan a bolygóképző korongokat korábban vizsgáló DSHARP programhoz, egy új szintet jelent ezen a területen.
- Dinamikus, heves kamaszkor: A megfigyelt korongok harmada egyértelmű alszerkezetet (több gyűrűt vagy jól elkülönülő rést) mutat, amelyek egyaránt lehetnek a bolygókeletkezési fázisból öröklöttek, de akár a rendszerben lévő bolygók hosszabb távú hatásai nyomán is kialakulhattak.
- Váratlan sokszínűség: Míg egyes korongok összetett szerkezeteket örököltek korábbi éveikből, mások már széles övekké rendeződtek, hasonlóan ahhoz, ahogyan a Naprendszer fejlődését elképzeljük.
- A bolygók által okozott keveredések nyomai: Sok korongnál megfigyelhetők nyugodtabb és kaotikusabb zónák is, függőlegesen kiszélesedett, „felfújódott” régiókkal. Ezek hasonlóak a naprendszerünkbeli klasszikus Kuiper-öv szerkezeti sajátosságaihoz, amelyeket valószínűleg a Neptunusz a fiatal Naprendszerben lezajlott migrációja okozott.
- A gáz meglepő jelenléte: Számos törmelékkorong a vártnál sokkal hosszabb ideig tartja meg gázanyagát. Egyes rendszerekben ez a gáz alakíthatja a még fejlődő bolygók kémiai összetételét, vagy akár széles övekbe rendezheti a poranyagot.
- Aszimmetriák és ívek: Sok korong féloldalas, fényes ívekkel vagy excentrikus alakzatokkal. Ezek még fel nem fedezett bolygók gravitációs hatására, a bolygóvándorlások nyomára vagy a gáz és a por közötti kölcsönhatásokra utal.
- Nyilvános adatközlés: Az ARKS összes megfigyelése és feldolgozott adata szabadon elérhetővé válik a világ minden csillagásza számára, lehetővé téve további felfedezéseket.
Következtetések
Az ARKS eredményei azt mutatják, hogy a bolygórendszerek tinédzserkora egy átmeneti és zűrzavaros fejlődési korszak. „Ezek a korongok egy olyan időszakról adnak képet, amikor a bolygók pályái összekeveredhetnek, és olyan hatalmas ütközések alakítják a fiatal naprendszereket, mint például ami a Föld Holdját létrehozta” – mondja Luca Matrà, a felmérés társ-vezetője.
Az ARKS két tucat különböző korú és típusú csillag körüli törmelékkorongot vizsgálva segített megfejteni, hogy a kaotikus jellemzők öröklődnek-e, a bolygók alakítják őket, vagy esetleg más folyamatok eredményei. Ezekre a kérdésekre adott válaszokból kiderülhet, hogy a Naprendszerünk története egyedülálló volt-e, vagy inkább tipikusnak tekinthető.
Távlatok
Az ARKS felmérés eredményei igazi kincsesbánya azoknak a csillagászoknak, akik fiatal bolygókat keresnek, és meg akarják érteni, hogy a bolygócsaládok, mint amilyen a miénk is, hogyan épülnek fel és rendeződnek át.
„Ez a projekt új perspektívát nyújt a Hold krátereinek, a Kuiper-öv dinamikájának, a kisebb és nagyobb bolygók növekedésének értelmezéséhez. Olyan, mintha a Naprendszer családi albumához hozzáadnánk a hiányzó oldalakat” – összegzi Meredith Hughes a felmérés társ-vezetője.
Az ARKS felmérés egy körülbelül 60 tudósból álló nemzetközi csapat munkája, amelyet az Exeteri Egyetem, a Trinity College Dublin és a Wesleyan Egyetem vezet és amelyben a HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet is résztvevő. További információkért látogasson el a https://arkslp.org/ weboldalra.
Jelen közlemény nagyrészt az amerikai Nemzeti Tudományos Alap (National Science Foundation, NSF) Nemzeti Rádiócsillagászati Obszervatóriuma (National Radio Astronomy Observatory, NRAO) oldalán megjelent sajtóhír fordítása alapján készült.
A témához kapcsolódó tanulmányok az Astronomy & Astrophysics folyóiratban jelentek meg.