Snijeg u mladom solarnom sustavu

alma01Astronomi su napravili prve snimke snježne linije (udaljenost od zvijezde nakon koje je materija zaleđena) u mladom solarnom sustavu, koristeći novi Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) teleskop. Smatra se kako je taj snježni biljeg ključan za formaciju i kemijsku strukturu planeta oko mlade zvijezde.

Na Zemlji, snježne linije tipično su visinske granice nakon kojih opadajuće temperature pretvaraju atmosfersku vlagu u snijeg. Na sličan se način, smatra se, snježne linije formiraju oko mladih zvijezda u dalekim i hladnim dijelovima diskova od kojih nastaju solarni sistemi. Ovisno o udaljenosti od zvijezde, međutim, različite egzotičnije molekule mogu se smrznuti i pretvoriti u snijeg.

Poznati vodeni led zamrzne se prvi, nakon čega se u koncentričnim kružnicama zamrzavaju ostali obilni plinovi kao ugljikov dioksid (CO2), metan (CH4) i ugljikov monoksid (CO), stvarajući mraz zrnca prašine, što čini sastavni dio planeta i kometa.

ALMA je uočila nikad dosad viđen CO snijeg oko TW Hydrae, mlade zvijezde 175 svjetlosnih godina udaljene od Zemlje. Astronomi vjeruju kako taj nastajući solarni sustav posjeduje brojne karakteristike koje je naš vlastiti Sunčev Sustav imao kada je bio star nekoliko milijuna godina. Ovi rezultati objavljeni su u časopisu Science Express.

„ALMA je dala prve stvarne slike snježne linije oko mlade zvijezde, što je vrlo uzbudljivo zbog onog što nam govori o vrlo ranom razdoblju u povijesti našeg Sunčevog Sustava,“ rekao je Chunhua Qi, istraživač pri Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics u Cambridgeu, Mass., koji je vodio međunarodni istraživački tim s Karin Oberg, istraživačici pri Harvard University i University of Virginia u Charlottesvilleu.

„Sada možemo uočiti prije skrivene detalje o zamrznutim vanjskim dijelovima drugog solarnog sustava, vrlo sličnog našem vlastitom kada je bio manje od 10 milijuna godina star,“ rekao je Qi.

Snježne linije do sada su detektirane samo po spektralnim potpisima; nikada snimljene izravno, tako da njihove precizne lokacije i dosezi nisu mogli biti određeni.

To je stoga što se snježne linije stvaraju isključivo u relativno uskoj centralnoj ravnini protoplanetarnog diska. Iznad i ispod te ravnine zvijezdino zračenje drži plinove toplima, sprječavajući formiranje leda. Samo uz izolacijski učinak koncentrirane prašine i plina u centralnoj ravnini diska mogu temperature dovoljno opasti da se CO i ostali plinovi ohlade i smrznu.

Obično bi ova vanjska ličinka vrućeg plina sprječavala astronome da provire unutar diska gdje je plin smrznut. „Bilo bi to kao da tražite malu, sunčanu točku skrivenu u gustoj magli,“ kazala je Oberg.

Astronomi su uspjeli probiti CO maglu loveći umjesto njega molekulu naziva diazenilium (N2H+). Ova krhka molekula lako se uništi u prisutnosti CO plina te se stoga mogla pojaviti samo u područjima gdje je CO smrznut, zbog čega postaje indikator CO leda.

Diazenilium snažno zrači u milimetarskom dijelu spektra, zbog čega ga je sa Zemlje moguće detektirati radio teleskopom poput ALMA-e.

ALMA-ina jedinstvena osjetljivost i razlučivost dopustila je astronomima da prate prisutnost i raspodjelu diazeniliuma, čime je pronađena jasno određena granica otprilike 30 astronomskih jedinica (AU) od TW Hydrae (jedan AU je udaljenost između Sunca i Zemlje).

„Koristeći ovu tehniku uspjeli smo kreirati praktički fotonegativ CO snijega u disku koji okružuje TW Hydrae,“ rekla je Oberg. „Na taj način smo mogli vidjeti CO snježnu liniju točno gdje je teorijski predviđena – u unutarnjem rubu diazeniliumskog prstena.“

Astronomi vjeruju da snježne linije igraju važnu ulogu u formiranju solarnog sistema. One pomažu zrncima prašine da nadvladaju svoje uobičajene tendencije da se sudaraju i samouništavaju dajući im ljepljivije vanjske premaze. Također povećavaju količinu dostupnih krutih tvari i mogu dramatično ubrzati proces stvaranja planeta. Budući da postoje višestruke snježne linije, svaka može biti povezana s formacijom određene vrste planeta.

Oko zvijezde slične Suncu, vodena snježna linija bi odgovarala orbiti Jupitera, a CO snježna linija orbiti Neptuna. Prijelaz u CO led bi također mogao označavati početnu točku nakon koje se mogu formirati malena ledena tijela poput kometa i patuljastih planeta poput Plutona.

Oberg također ističe da je CO linija osobito zanimljiva jer je CO led potreban za stvaranje metanola, gradivne jedinice kompleksnijih organskih molekula potrebnih za stvaranje života.

Ova opažanja napravljena su samo s dijelom ALMA-inog eventualnog punog kapaciteta od 66 antena. Istraživači se nadaju da će buduća opažanja s potpunim kapacitetom otkriti ostale snježne linije i pružiti dodatne uvide u stvaranje i evoluciju planeta.

Izvor: National Radio Astronomy Observatory

Slika: Ovaj snimak s ALMA-e prikazuje područje gdje se CO snijeg (zeleno) formirao oko zvijezde TW Hydrae (u centru). Plava kružnica označava položaj orbite koju bi Neptun imao u ovakvom solarnom sustavu.

Leave a Comment