Poreklo Zemlje i Sunčevog sistema inspiriše naučnike i javnost podjednako. Proučavajući sadašnje stanje naše matične planete i drugih objekata u Sunčevom sistemu, istraživači su razvili detaljnu sliku uslova kada su evoluirali sa diska napravljenog od prašine i gasa koji okružuje novorođenče Sunce pre nekih 4,5 milijardi godina.
Sa napretkom koji oduzima dah u istraživanju formiranja zvezda i planeta koje cilja na udaljene nebeske objekte, sada možemo da istražujemo uslove u okruženju oko mladih zvezda i uporedimo ih sa onima dobijenim za rani Sunčev sistem. Koristeći veoma veliki teleskopski interferometar (VLTI) Evropske južne opservatorije (ESO), međunarodni tim istraživača predvođen Jožefom Vargom iz opservatorije Konkoli u Budimpešti, Mađarska, uradio je upravo to. Oni su posmatrali disk koji formira planetu mlade zvezde HD 144432, udaljen približno 500 svetlosnih godina.
„Kada smo proučavali distribuciju prašine u najdubljem delu diska, po prvi put smo otkrili složenu strukturu u kojoj se prašina gomila u tri koncentrična prstena u takvom okruženju“, kaže Roj van Bokel. On je naučnik na Institutu Maks Plank za astronomiju (MPIA) u Hajdelbergu, Nemačka, i koautor osnovnog istraživačkog članka koji će se pojaviti u časopisu Astronomija i astrofizika.
„Taj region odgovara zoni u kojoj su se formirale stenovite planete u Sunčevom sistemu“, dodaje van Bokel. U poređenju sa Sunčevim sistemom, prvi prsten oko HD 144432 leži unutar Merkurove orbite, a drugi je blizu Marsove putanje. Štaviše, treći prsten otprilike odgovara Jupiterovoj orbiti.
Do sada su astronomi pronalazili takve konfiguracije pretežno u većim razmerama koje odgovaraju oblastima iza kojih Saturn kruži oko Sunca. Sistemi prstenova u diskovima oko mladih zvezda uglavnom ukazuju na planete koje se formiraju unutar praznina dok akumuliraju prašinu i gas na svom putu.
Međutim, HD 144432 je prvi primer tako složenog sistema prstenova tako blizu zvezde domaćina. Javlja se u zoni bogatoj prašinom, građevnom bloku stenovitih planeta poput Zemlje. Pod pretpostavkom da prstenovi ukazuju na prisustvo dve planete koje se formiraju unutar praznina, astronomi su procenili da njihove mase liče otprilike na Jupiterovu.
Astronomi su odredili sastav prašine preko diska do odvajanja od centralne zvezde koje odgovara udaljenosti Jupitera od Sunca. Ono što su otkrili veoma je poznato naučnicima koji proučavaju Zemlju i stenovite planete u Sunčevom sistemu: različiti silikati (jedinjenja metal-silicijum-kiseonik) i drugi minerali prisutni u Zemljinoj kori i omotaču, a verovatno i metalno gvožđe kakvo je prisutno u Merkuru i Zemlji jezgra. Ako se potvrdi, ova studija bi bila prva koja je otkrila gvožđe u disku koji formira planetu.
„Astronomi su do sada objašnjavali posmatranja prašnjavih diskova mešavinom ugljenika i silikatne prašine, materijala koje vidimo skoro svuda u svemiru“, objašnjava van Bokel. Međutim, iz hemijske perspektive, mešavina gvožđa i silikata je verovatnija za vruće, unutrašnje oblasti diska.
Zaista, hemijski model koji je Varga, glavni autor osnovnog istraživačkog članka, primenio na podatke daje bolje rezultate kada se uvodi gvožđe umesto ugljenika.
Štaviše, prašina primećena na disku HD 144432 može biti vruća do 1800 Kelvina (približno 1500 stepeni Celzijusa) na unutrašnjoj ivici i umerena do 300 Kelvina (oko 25 stepeni Celzijusa) dalje. Minerali i gvožđe se tope i ponovo kondenzuju, često kao kristali, u vrelim predelima blizu zvezde.
Zauzvrat, zrna ugljenika ne bi preživela toplotu i umesto toga bila bi prisutna kao ugljen monoksid ili gas ugljen dioksida. Međutim, ugljenik i dalje može biti značajan sastojak čvrstih čestica u hladnom spoljašnjem disku, čemu zapažanja sprovedena za ovu studiju ne mogu ući u trag.
Prašina bogata gvožđem i siromašna ugljenikom takođe bi se lepo uklopila u uslove u solarnom sistemu. Merkur i Zemlja su planete bogate gvožđem, dok Zemlja sadrži relativno malo ugljenika. „Mislimo da HD 144432 disk može biti veoma sličan ranom solarnom sistemu koji je obezbedio mnogo gvožđa na stenovitim planetama koje danas poznajemo“, kaže van Bokel. „Naša studija može predstavljati još jedan primer koji pokazuje da sastav našeg solarnog sistema može biti prilično tipičan.
Dobivanje rezultata bilo je moguće samo uz posmatranja izuzetno visoke rezolucije, kao što je obezbedio VLTI. Kombinovanjem četiri VLT 8,2-metarska teleskopa u ESO-ovoj opservatoriji Paranal, oni mogu da reše detalje kao da bi astronomi koristili teleskop sa primarnim ogledalom prečnika 200 metara. Varga, van Boekel i njihovi saradnici su dobili podatke koristeći tri instrumenta kako bi postigli široku pokrivenost talasne dužine u rasponu od 1,6 do 13 mikrometara, što predstavlja infracrvenu svetlost.
MPIA je obezbedio vitalne tehnološke elemente za dva uređaja, GRAVITI i multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Ekperiment (MATISSE). Jedna od MATISSE-ovih primarnih svrha je da istražuje stenovite zone koje formiraju planete diskova oko mladih zvezda. „Gledajući unutrašnje regione protoplanetarnih diskova oko zvezda, cilj nam je da istražimo poreklo različitih minerala sadržanih u disku — minerala koji će kasnije formirati čvrste komponente planeta poput Zemlje“, kaže Tomas Hening, direktor MPIA i ko-PI instrumenta MATISSE.
Međutim, stvaranje slika pomoću interferometra poput onih koje smo navikli da dobijamo iz pojedinačnih teleskopa nije jednostavno i dugotrajno. Efikasnije korišćenje dragocenog vremena posmatranja za dešifrovanje strukture objekta je upoređivanje oskudnih podataka sa modelima potencijalnih ciljnih konfiguracija. U slučaju HD 144432 diska, struktura sa tri prstena najbolje predstavlja podatke.
Pored Sunčevog sistema, čini se da HD 144432 pruža još jedan primer planeta koje se formiraju u okruženju bogatom gvožđem. Međutim, astronomi se tu neće zaustaviti.
„Još uvek imamo nekoliko perspektivnih kandidata koji čekaju da ih VLTI pobliže pogleda“, ističe van Bokel. U ranijim zapažanjima, tim je otkrio brojne diskove oko mladih zvezda koji ukazuju na konfiguracije vredne ponovne posete. Međutim, oni će otkriti svoju detaljnu strukturu i hemiju koristeći najnoviju VLTI instrumentaciju. Na kraju, astronomi bi mogli da razjasne da li se planete obično formiraju u prašnjavim diskovima bogatim gvožđem u blizini njihovih matičnih zvezda.
