Astronomowie korzystający z teleskopu Hubble’a odkrywają, że chaotyczny obszar centralny masywnej, zatłoczonej gromady gwiazd Westerlund 2 jest trudnym miejscem dla formowania się planet. Znajdująca się 20 000 lat świetlnych stąd gromada Westerlund 2 jest wyjątkowym laboratorium do badania gwiezdnych procesów ewolucyjnych, ponieważ jest względnie bliska, dość młoda i zawiera dużą populację gwiazd.
Trzyletnie badanie gromady Westerlund 2 pokazało, że dyski protoplanetarne otaczające gwiazdy w pobliżu jej centrum są w tajemniczy sposób pozbawione dużych, gęstych obłoków pyłu, które za kilka milionów lat mogłyby się stać planetami.
Jednak obserwacje pokazują, że gwiazdy na obrzeżach gromady mają na swoich dyskach ogromne obłoki pyłu, z których utworzą się planety. Naukowcy sądzą, że w naszym Układ Słoneczny ten proces wyglądał tak samo, gdy tworzył się on 4,6 miliarda lat temu.
Dlaczego więc niektóre gwiazdy w gromadzie Westerlund 2 mają trudności z formowaniem planet, a inne nie? Wygląda na to, że tworzenie się planet zależy od ich lokalizacji. Najbardziej masywne i najjaśniejsze gwiazdy w gromadzie skupiają się w rdzeniu, co potwierdzają obserwacje innych obszarów gwiazdotwórczych. Centrum gromady zawiera co najmniej trzydzieści niezwykle masywnych gwiazd, niektóre o masie nawet osiemdziesięciu Słońc. Ich parzące promieniowanie UV i huraganowe wiatry gwiazdowe naładowanych cząsteczek rozpalają dyski wokół sąsiednich gwiazd o mniejszej masie, rozpraszając olbrzymie obłoki pyłu.
Zasadniczo, jeżeli gwiazdy są monstrualne, ich energia zmieni właściwości dysków wokół pobliskich, mniej masywnych gwiazd. Być może dyski wciąż tam będą, ale gwiazdy zmieniają skład pyłu na nich, więc trudniej jest stworzyć stabilne struktury, które ostatecznie doprowadzą do powstania planet. Uważamy, że pył albo wyparuje za milion lat, albo zmieni się pod względem składu i wielkości tak dramatycznie, że nie będzie budulca do uformowania się planet – wyjaśniła Elena Sabbi, główna badaczka w zespole pracującym za pomocą Hubble’a.
Po raz pierwszy obserwacje Hubble’a analizują wyjątkowo gęstą gromadę gwiazd, aby zbadać, które środowiska sprzyjają tworzeniu się planet. Naukowcy wciąż jednak debatują, czy duże gwiazdy rodzą się w centrum, czy też tam migrują. Westerlund 2 ma już w swoim centrum masywne gwiazdy, mimo że jest stosunkowo młodym układem (sprzed dwóch miliardów lat).
Korzystając z WFC3 teleskopu Hubble’a, naukowcy odkryli, że spośród prawie 5000 gwiazd w gromadzie Westerlund 2 o masach w przedziale od 0,1 do 5 mas Słońca, 1500 wykazuje fluktuacje światła, gdy gwiazdy akreują materię ze swoich dysków. Orbitująca materia zbita w dysk tymczasowo zablokowałaby część światła gwiazd, powodując wahania jasności.
Jednak Hubble wykrył sygnaturę takiej materii krążącej tylko wokół gwiazd poza ciasnym centralnym obszarem gromady. Teleskop zaobserwował duże spadki jasności, nawet 10–20 dni, u około 5% gwiazd, zanim powróciły do normalnej jasności. Nie wykryto natomiast tych spadków jasności wśród gwiazd przebywających w odległości czterech lat świetlnych od centrum gromady. Wahania te mogą być spowodowane dużymi grudkami pyłu przechodzącymi przed gwiazdami. Grudki znajdowałyby się w dysku nachylonym do obserwatora. Uważamy, że grudki są planetozymalami lub strukturami formującymi. Mogą to być nasiona, z których ostatecznie powstaną planety w bardziej rozwiniętych układach. Są to układy, których nie widzimy w pobliżu bardzo masywnych gwiazd, lecz tylko w układach poza centrum – mówi Sabbi.
Dzięki Hubble’owi astronomowie mogą teraz zobaczyć, jak gwiazdy akreują w środowiskach podobnych do wczesnego Wszechświata, gdzie gromady gwiazd były zdominowane przez monstrualne gwiazdy. Najlepiej jak dotąd poznanym, a znajdującym się blisko Układu Słonecznego gwiezdnym środowiskiem zawierającym masywne gwiazdy jest region rodzenia się gwiazd w Mgławicy Oriona. Jednak gromada Westerlund 2 jest ciekawszym obiektem do badania ze względu na większą populację gwiazd.
Gromada ta będzie doskonałym laboratorium do dalszych obserwacji w podczerwieni z użyciem przyszłego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST – James Webb Space Telescope). Hubble pomógł astronomom zidentyfikować gwiazdy o możliwych strukturach planetarnych. Dzięki JWST naukowcy będą mogli badać, które dyski wokół gwiazd nie akreują materii, a których dyski wciąż zawierają materię mogącą budować planety.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
In Planet Formtion, It's Location, Location, Location
Time-domain Study of the Young Massive Cluster Westerlund 2 with the Hubble Space Telescope. I
Źródło: HST
Na ilustracji: Gromada gwiazd Westerlund 2. Źródło: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), A. Nota (ESA/STScI), and the Westerlund 2 Science Team
