Obłoki kosmicznej materii mogą łączyć się, formując w rezultacie orbitalne pary planet. Wskazują na to najnowsze obserwacje.
Astronomowie wykryli coś, co z dużym prawdopodobieństwem jest dwoma planetami przyłapanymi w procesie tworzenia się na tej samej orbicie. Teoria przewiduje istnienie takich planet, ale nie występują one w Układzie Słonecznym i nie zostały jak dotąd zaobserwowane wokół innych gwiazd. Jeśli odkrycie się potwierdzi, takie planetarne rodzeństwo może zmusić astronomów do ponownego przeanalizowania modeli powstawania planet.
Dlaczego w zasadzie planety nie mogą krążyć po tej samej orbicie, w zbliżonej odległości od swojej gwiazdy macierzystej? Odpowiedź nie jest taka prosta. W Układzie Słonecznym planetoidy krążące wokół Słońca wraz z planetami, czyli tak zwane planetoidy trojańskie, są powszechne. Znamy na przykład około 10 000 planetoid krążących po orbicie wspólnie z Jowiszem, ale ich rzeczywista ilość może sięgać milionów. Planetoidy trojańskie gromadzą się w punktach Lagrange'a, czyli w obszarach w okolicy orbity, w których pola grawitacyjne Jowisza i Słońca utrzymuje je w położeniu równowagi. Główne obszary, w których gromadzą się te obiekty, położone są w odległości 60° przed Jowiszem na jego orbicie i 60° za nim.
Zdaniem teoretyków jeden z punktów Lagrange'a nowo powstałej planety może również działać jak magnes grawitacyjny dla drugiej planety, przyciągając w jej otoczenie pył, który pomaga jej wówczas szybciej rosnąć. Wprawdzie nigdzie wokół Słońca nie dostrzeżono tego typu par orbitalnych, ale w 2018 roku zespół astronomów rozpoczął poszukiwania tego rodzaju par planet wokół innych gwiazd. Wciąż nie jest nam łatwo bezpośrednio wykrywać egzoplanety, więc naukowcy wykorzystali do detekcji techniki pośrednie – charakterystyczne, „chybotliwe” ruchy gwiazdy spowodowane grawitacyjnym przyciąganiem ich własnych planet oraz metodę tranzytów, czyli obserwacje spadków jasności danej gwiazdy, gdy planeta przechodzi przed jej tarczą, nieznacznie ją na pewien czas przyćmiewając. Dwa zjawiska chybotania gwiazdy lub spadki jej blasku, zachodzące w tym samym przedziale czasu, mogą wskazywać na krążące obok siebie planety, czyli poszukiwane pary planet. Początkowo jednak niczego takiego nie znaleziono.
Naukowcy zmienili z czasem taktykę i postanowili przyjrzeć się młodemu układowi planetarnemu, aby sprawdzić, czy uda się w nim dostrzec protoplanetę skupiającą materię w jej punktach Lagrange'a. Celem była PDS 70, młoda gwiazda znajdująca się w odległości 370 lat świetlnych od Ziemi, która ma dwie protoplanety na różnych orbitach. Sieć ALMA w Chile zobrazowała dysk pyłowy wokół PDS 70, ujawniając w nim pewne przerwy. Astronomowie uważają, że największa z nich została wyrzeźbiona przez dwie protoplanety - PDS 70 b i PDS 70 c - gromadzące pył w miarę swojego wzrostu.
Olga Balsalobre-Ruza i jej zespół przeanalizowali zarchiwizowane dane z ALMA o PDS 70 zebrane w latach 2015-2018. Poprzez zmianę sposobu przetwarzania danych naukowcy byli w stanie dostrzec skupisko pyłu na orbicie PDS 70 b dokładnie tam, gdzie znajdowałby się jeden z jej punktów Lagrange'a, o czym zespół donosi w Astronomy & Astrophysics.
Sieć anten ALMA jest czuła na promieniowanie pyłu o ziarnach wielkości milimetrowej, a nie planety. Można więc na razie tylko powiedzieć, że są tam jakieś drobne obiekty. Zespół szacuje jednak, że chmura pyłu może mieć masę dwóch Księżyców i może otaczać już uformowaną protoplanetę – orbitalną towarzyszkę PDS 70 b. Należy mimo to podkreślić, że dane nie do końca potwierdzają odkrycie, a sami autorzy dopuszczają możliwość, że otrzymane wyniki mają źródło w jakiegoś typu zakłóceniach w danych. Jest ona ich zdaniem niewielka, ponieważ dane z ALMA były przez nich przetworzone na kilka różnych sposobów, a chmura pyłu za każdym razem się w nich pojawiała. Ostatecznym testem byłaby obserwacja PDS 70 b w ciągu kilku kolejnych lat, aby sprawdzić, czy planeta i jej pyłowa towarzyszka poruszają się po orbicie w podobny sposób.
Jeśli zostanie to potwierdzone, odkrycie może mieć istotne implikacje dla modeli ewolucyjnych Układu Słonecznego. Teoretycy uważają, że Jowisz przechwycił swoje planetoidy trojańskie z zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego, po tym, jak zaczął oddalać się od Słońca. Uważa się, że ta migracja zakłóciła orbity małych ciał krążących za Neptunem, zwanych obiektami pasa Kuipera, kierując je wystarczająco blisko, aby mogły zostać przechwycone przez grawitację Jowisza. Jeśli jednak planetoidy trojańskie powstały już na miejscu, w punktach Lagrange'a układu Słońce-Jowisz, byłyby zapewne zbudowane z tego samego pierwotnego materiału, co ich duży sąsiad, dostarczając cennych informacji naukowcom zajmujących się badaniami planet.
Obrazowe przedstawienie usytuowania planetoid trojańskich (obóz trojański i grecki) na orbicie Jowisza (Wikipedia).
W 2021 roku NASA wystrzeliła sondę o nazwie Lucy, która począwszy od 2027 roku odwiedzi sześciu Trojańczyków Jowisza i sprawdzi, jak bardzo te obiekty są podobne do obiektów Pasa Kuipera. Jeśli niektóre z nich będą jednak bardziej zbliżone budową do Jowisza, ewolucja naszego układu będzie z pewnością wymagała przemyślenia.
Więcej informacji:
Źródło: Science.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Ilustracja: Na tym obrazie radiowym PDS 70 plama znajdująca się poniżej gwiazdy centralnej jest olbrzymią protoplanetą. Tuż po jej prawej stronie znajduje się obłok pyłu, który może być formującą się planetą. Kolejną protoplanetę można dostrzec na prawo od gwiazdy, tuż wewnątrz jasnego pierścienia pyłu. Źródło: ALMA; ESO/NAOJ/NRAO; Balsalobre-Ruza et al.
