W filmie „Kontakt” z 1997 roku, będącym adaptacją powieści Carla Sagana z 1985 roku, badaczka Ellie Arroway (w tej roli Jodie Foster) odbywa podróż tunelem czasoprzestrzennym zbudowanym przez kosmitów do gwiazdy Wega. Wyłania się ze środka burzy pyłowej otaczającego gwiazdę, ale nie widać tam żadnych wyraźnych planet. Wygląda na to, że w tej kwestii filmowcy mieli rację.
Zespół astronomów z Uniwersytetu Arizony w Tucson wykorzystał teleskopy kosmiczne Hubble'a (HST) i Webba (JWST) do niespotykanie dotąd dogłębnego spojrzenia na dysk o średnicy ponad 160 miliardów kilometrów otaczający Wegę. Dzięki HST i JWST można zobaczyć bardzo wyraźny obraz Wegi. To tajemniczy system, ponieważ różni się od innych dysków okołogwiazdowych, którym się przyglądaliśmy – powiedział Andras Gáspár, członek zespołu badawczego. Dysk Wegi jest gładki, absurdalnie gładki. Brak oczywistych dowodów na to, że jedna lub więcej dużych planet przedziera się przez dysk zwrócony do Ziemi jest dla zespołu wielkim zaskoczeniem. To zmusza nas do ponownego przemyślenia zasięgu i różnorodności układów egzoplanet — powiedziała Kate Su, główna autorka artykułu prezentującego wyniki uzyskane dzięki JWST.
Webb widzi podczerwone świecenie dysku cząstek wielkości piasku wirującego wokół skwierczącej niebiesko-białej gwiazdy, która jest 40 razy jaśniejsza od naszego Słońca. Hubble uchwycił zewnętrzne halo tego dysku, z cząsteczkami nie większymi niż konsystencja dymu, które odbijają światło gwiazd.
Rozmieszczenie pyłu w dysku szczątków Wegi jest warstwowe, ponieważ ciśnienie światła gwiazdy wypycha mniejsze ziarna szybciej niż większe. Różna fizyka będzie lokalizować cząstki o różnych rozmiarach w różnych miejscach – powiedziała Schuyler Wolff, główna autorka artykułu prezentującego obserwacje HST. Fakt, że widzimy uporządkowane rozmiary cząstek pyłu, może pomóc nam zrozumieć podstawową dynamikę w dyskach okołogwiazdowych.
Dysk Wegi ma subtelną przerwę w odległości około 60 jednostek astronomicznych od gwiazdy (dwukrotnie większa odległość niż Neptuna od Słońca), ale poza tym jest bardzo gładki – aż do momentu, gdy ginie w blasku gwiazdy. W związku z tym badacze twierdzą, że nie ma tam planet o masie co najmniej Neptuna, krążących po dużych orbitach, jak w naszym Układzie Słonecznym.
Widzimy szczegółowo, jak wiele różnorodności występuje wśród dysków okołogwiazdowych i jak ta różnorodność jest powiązana z leżącymi u ich podstaw układami planetarnymi. Dowiadujemy się wiele o systemach planetarnych – nawet gdy nie możemy zobaczyć tego, co może być ukrytymi planetami – dodała Su. Wciąż nie rozumiemy wielu aspektów powstawania planet i myślę, że te nowe obserwacje Wegi pomogą w udoskonaleniu modeli tego procesu.
Różnorodność dysków
Nowo powstające gwiazdy akumulują materię z dysku pyłu i gazu, będącego spłaszczoną pozostałością obłoku, z którego się formują. W połowie lat dziewięćdziesiątych dzięki obserwacjom poprzez HST odkryto dyski wokół wielu nowo powstających gwiazd. Są one prawdopodobnymi miejscami powstawania planet, ich migracji, a czasem zniszczenia. W pełni dojrzałe gwiazdy, takie jak Wega, mają dyski pyłowe wzbogacone przez trwające zderzenia między krążącymi asteroidami i szczątkami z parujących komet. Są to ciała pierwotne, które mogą przetrwać aż do obecnego wieku Wegi, wynoszącego 450 milionów lat (nasze Słońce jest około dziesięć razy starsze). Pył w naszym Układzie Słonecznym (widziany jako światło zodiakalne) również jest uzupełniany przez mniejsze ciała wyrzucające pył z szybkością około 10 ton na sekundę. Ten pył jest rozrzucany przez planety. Umożliwia to wykrywanie planet wokół innych gwiazd bez ich bezpośredniego widzenia – po prostu poprzez obserwowanie wpływu, jaki wywierają na pył.
Niektóre spośród wielu dysków protoplanetarnych odkrytych przez Hubble'a w dużej, majestatycznej Mgławicy Oriona. Źródło: NASA, ESA, and L. Ricci (ESO)
Wega nadal jest niezwykła – powiedziała Wolff. Architektura jej układu znacznie różni się od naszego Układu Słonecznego, gdzie olbrzymie planety, takie jak Jowisz i Saturn, zapobiegają rozprzestrzenianiu się pyłu w taki sposób, w jaki dzieje się to w przypadku Wegi.
Dla porównania, w pobliżu znajduje się gwiazda Fomalhaut, która jest mniej więcej w tej samej odległości, wieku i temperaturze co Wega. Jednak architektura okołogwiazdowa Fomalhaut znacznie różni się od Wegi – Fomalhaut ma wokół siebie trzy pierścienie. Być może planety krążące wokół Fomalhaut grawitacyjnie zwężają pył w pierścienie, chociaż żadna planeta nie została tam jeszcze jednoznacznie zidentyfikowana. Biorąc pod uwagę fizyczne podobieństwo między gwiazdami Wega i Fomalhaut, dlaczego Fomalhaut wydaje się być w stanie tworzyć planety, a Wega nie? – powiedział George Rieke, członek zespołu. Jaka jest różnica? Czy otoczenie okołogwiazdowe, czy sama gwiazda stworzyła tę różnicę? Zagadkowe jest to, że w obu przypadkach działa ta sama fizyka – dodała Wolff.
Pierwsza wskazówka dotycząca możliwych placów budowy planet
Znajdująca się w letniej konstelacji Lutni Wega to jedna z najjaśniejszych gwiazd na północnym niebie. Jest legendarna, ponieważ dostarczyła pierwszych dowodów na istnienie materiału krążącego wokół gwiazdy – prawdopodobnie materiału do tworzenia planet – jako potencjalnych siedlisk życia. Hipotezę tę po raz pierwszy postawił Immanuel Kant w 1775 roku, jednak minęło ponad 200 lat, zanim w 1984 roku zebrano pierwsze dowody obserwacyjne. Zagadkowy nadmiar światła podczerwonego z ciepłego pyłu został wykryty przez satelitę IRAS (Infrared Astronomy Satellite). Zinterpretowano go jako powłokę lub dysk pyłu rozciągający się od gwiazdy na odległość dwukrotnie większą od promienia orbity Plutona.
W 2005 roku należący do NASA Kosmiczny Teleskop Spitzera działający w podczerwieni sporządził mapę pierścienia pyłu wokół Wegi. Zostało to dodatkowo potwierdzone obserwacjami za pomocą teleskopów submilimetrowych, w tym CSO na Mauna Kea na Hawajach, a także ALMA w Chile i Kosmicznego Teleskopu Herschela należącego Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), ale żaden z tych teleskopów nie mógł zobaczyć wielu szczegółów. Obserwacje HST i JWST dostarczają o wiele więcej szczegółów, które mówią nam coś zupełnie nowego na temat układu Wegi, czego nikt wcześniej nie wiedział – powiedział Rieke.
Wyniki badań zespołu z Arizony ukażą się w dwóch artykułach w „The Astrophysical Journal”.
Więcej:
- Wolff et al., Deep Search for a scattered light dust halo around Vega with the Hubble Space Telescope
- Su et. al., Imaging of the Vega Debris System using JWST/MIRI
- NASA’s Hubble, Webb Probe Surprisingly Smooth Disk Around Vega
Opracowanie: Magda Maszewska. Źródło: NASA Hubble Mission Team
Na ilustracji: Wega okiem Hubble'a (po lewej) i Webba (po prawej). Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, S. Wolff, K. Su, A. Gáspár (University of Arizona)
