Golurile din discurile de gaz din jurul stelelor pot să nu marcheze întotdeauna planetele nou-născute

Albumul foto cu planetele bebeluși ar putea fi mai gol decât credeau astronomii.

Noile cercetări provoacă dezbateri cu privire la teoria conform căreia golurile din discurile care formează planetele din jurul stelelor tinere marchează spațiile în care planetele sunt create în timp real. Se pare că planetele care, conform simulărilor, ar crește în acele goluri nu seamănă cu planetele mature observate în jurul stelelor mai mature.

Deci, poate că aceste discuri sparte nu indică deloc formarea de planete – sau cel puțin, nu cele mai comune tipuri de planete pe care telescoapele actuale le pot vedea.

„Întrebarea pe care am ridicat-o, și am pus-o cu îndrăzneală, este dacă acele goluri în inele sunt într-adevăr cauzate de planete sau sunt cauzate de alte lucruri”, spune astrofizicianul Nelson Ndugu de la Universitatea Mbarara de Știință și Tehnologie din Uganda. „În acest moment, este prea devreme pentru a lua parte.”

Fotografii bebeluși

Rețeta de bază pentru formarea planetei pornește de la un nor de gaz și praf, care se prăbușește într-o stea centrală înconjurată de un disc rotativ (SN: 5/12/18, str. 28). Gravitația atrage gazul și praful în aglomerări de dimensiuni de pietricele, care se adună în bolovani. În cele din urmă, acești bolovani devin mari și suficient de puternici din punct de vedere gravitațional pentru a începe să aspira gazul din jur, devenind în cele din urmă giganți gazosi. Modelele teoretice au sugerat că întregul proces ar trebui să dureze aproximativ 10 milioane de ani pentru a construi un Jupiter.

În 2014, astronomii au văzut ceea ce părea a fi prima lor privire asupra acestui proces în acțiune. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array din Chile, sau ALMA, a fotografiat tânăra stea HL Tau, la aproximativ 450 de ani lumină distanță, în constelația Taurului, care arăta un disc întrerupt de goluri întunecate (SN: 29.11.14, str. 32).

Cercetătorii au atribuit inițial astfel de goluri planetelor nou-născute care au captat gaz pe disc pe măsură ce creșteau. Se crede că un proces similar a modelat inelele și lunile din jurul lui Saturn (

SN: 9/2/17, str. 16

). Apoi, în 2018, astronomii au raportat o planetă numită PDS 70b, prima planetă copilă care a fost observată crescând într-un astfel de spațiu de disc (

SN: 8/4/18, str. 5

). Observațiile ulterioare au descoperit o a doua planetă care orbitează în jurul aceleiași stele.

Problema este că planetele care orbitează PDS 70 sunt încă singurele exemple. Teoria nu s-a potrivit nici pentru HL Tau: steaua avea doar 1 milion de ani, prea tânără pentru a fi ajuns atât de departe în formarea unui sistem planetar.

„Nu prea avea sens”, spune astrofizicianul Nienke van der Marel de la Institutul Herzberg pentru Astrofizică din Victoria, Canada. În februarie, ea și colegii ei au publicat în Jurnalul de astrofizică un studiu al altor 16 discuri protoplanetare, cu vârste cuprinse între mai puțin de jumătate de milion de ani și mai mult de 10 milioane de ani. Toate discurile au fost sparte în goluri și inele, mai degrabă decât întinderi netede de gaz.

„Este greu de explicat dacă este cauzat de planete”, spune ea. Dacă toate aceste goluri ar marca puncte de formare a planetelor, asta ar însemna „planetele trebuie să se formeze extrem de repede”.

Nepotrivirea pasului mijlociu

Chiar dacă planetele au fost responsabile pentru toate decalajele observate, lucrurile încă nu se adună, susțin Ndugu și colegii lor într-o lucrare postată pe arXiv.org pe 27 iunie. Cercetătorii au efectuat simulări pe computer ale planetelor în creștere și au comparat inelele rezultate. discuri la observațiile ALMA a 20 de discuri protoplanetare dintr-un sondaj din 2018 numit DSHARP.

„Am luat asta [survey] ca un pas de mijloc pentru simulările noastre de formare pentru a vedea ce se întâmplă de fapt”, spune astrofizicianul Bertram Bitsch de la Institutul Max Planck pentru Astronomie din Heidelberg, Germania. Apoi, echipa a lăsat simulările să ruleze până când discul a dispărut, fie s-a unit în planete, fie s-a aruncat în aer de radiația stelei.

Ambele etape ale simulării au produs rezultate care au deviat de la ceea ce se observă în galaxie. În primul rând, simulările au sugerat că părțile exterioare ale discurilor au nevoie de aproximativ 2.000 de ori masa Pământului în pietricele pentru a crește planete care ar putea deschide golurile observate. Dar majoritatea stelelor nu au atât de mult material în porțiunea exterioară a discurilor lor.

Presupunând că golurile din discurile DSHARP s-au datorat planetelor, simulările au indicat că acele planete s-ar fi transformat în giganți gazosi care orbitează cel puțin la fel de departe de stelele lor precum face Uranus de soare. Astfel de planete ar trebui să fie suficient de luminoase pentru a fi văzute cu telescoape. Dar din cele peste 4.000 de exoplanete adulte descoperite până în prezent, doar câteva sunt giganți gazosi atât de îndepărtați.

„Prevăzăm o anumită populație de planete care ar fi observabilă, dar nu le vedem”, spune Bitsch. Ceva lipsește din teoria modului în care se formează golurile în discurile de gaz, conchide echipa.

Alte optiuni

Este posibil, desigur, ca discurile studiate până acum să fie excepții de la regulă. Imaginile DSHARP s-au concentrat pe cele mai mari și mai strălucitoare discuri, deoarece sunt cel mai ușor de observat, spune Jane Huang, membru al echipei de sondaj, de la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică din Cambridge, Massachusetts. Așadar, comparând planetele potențiale de pe acele discuri cu întreaga populație de exoplanete „ nu va fi o comparație corectă”, spune ea.

Astronomii caută și alte moduri prin care s-ar putea face goluri pe un disc. „Poate că există o fizică exotică în discuri care nu necesită planete”, spune van der Marel. Lucrarea ei publicată în februarie a exclus o teorie: că golurile reprezintă „linii de zăpadă” în jurul stelei, unde diferitele elemente chimice se condensează din gaz în solid. Dar există încă opțiuni care implică câmpuri magnetice, curenți în derivă sau ciudățenii gravitaționale.

Totuși, acele posibilități mai exotice nu pot explica fiecare disc. Nici măcar nu este clar că acele procese se întâmplă întotdeauna pe discuri. Deci teoria construcției planetei, cu toate deficiențele ei, ar putea fi totuși cel mai bun pariu.

„Unul dintre avantajele explicației planetei”, spune Huang, „este că știm că planetele există”.