2013.07.02. - Születő bolygórendszert fotózott a Hubble?

A Hubble űrteleszkóp által a TW Hydrae vörös törpe körüli protoplanetáris korongról készített felvételen jól látható egy rés a diszkben, melyet nagy valószínűséggel egy formálódó bolygó hatása okoz.

Bár a bizonyítottan létező exobolygók száma már majdnem eléri a kilencszázat, tucatnyiról pedig közvetlen felvétel is született, formálódó planétát, pontosabban annak hatását azonban csak most sikerült direkt módon kimutatni, mégpedig egy vörös törpe körüli porkorongban, a csillagtól nagy távolságban. A szóban forgó TW Hydrae jelű, 176 fényév távolságban található csillagot övező protoplanetáris korongról a Hubble űrteleszkóp NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) műszerével még 2005-ben készítettek felvételeket, melyeket most John Debes (Space Telescope Science Institute) és munkatársai vetettek alá alapos elemzésnek, kiegészítve további archív NICMOS- és STIS-adatokkal (Space Telescope Imaging Spectrograph) is. A képeken a vörös törpétől körülbelül 12 milliárd kilométer távolságban egy rés figyelhető meg a diszkben, melyről az elképzelés az, hogy itt egy formálódó, de egyelőre láthatatlan bolygó söpörte ki az anyagot a korongból. A vélt planéta pályamérete mintegy kétszerese a Plutoénak.

A tág pálya azt is jelenti egyben, hogy a bolygókezdemény nagyon lassan járja körbe a csillagát. Ez a pálya a kurrens bolygókeletkezési elméleteket is kihívások elé állítja, mivel azok szerint a planéták több 10 millió év alatt alakulnak a por és a gáz lassú, de folyamatos begyűjtésével a protoplanetáris korongból. A TW Hydrae maga azonban csak 8 millió éves, azaz a bolygó számára még nem állhatott rendelkezésre elég idő, hogy az apró törmelék lassú gyűjtögetésével növekedjen: a 12 milliárd kilométeres távolságban egy planétának mintegy 200-szor hosszabb idő kellene a kialakuláshoz, mint a Jupiternek kellett az ő távolságában, egyrészt a kisebb "söprögetési" sebesség, másrészt a porkorong kisebb sűrűsége miatt.

Egy alternatív bolygókeletkezési elmélet szerint azonban a protoplanetáris korong egy részének gravitációs instabilitása, illetve az emiatt bekövetkező kollapszusa is elvezethet a planéták kialakulásához, ez esetben a folyamat sokkal gyorsabban, mindössze néhány ezer év alatt is végbemehet. Ha valóban sikerülne megerősíteni, hogy bolygóról van szó, akkor Debes szerint kapcsolatot lehetne teremteni a majdan meghatározandó paraméterei és a rés jellemzői között, ezzel pedig talán válaszolni lehetne arra a kérdésre, valójában miként keletkezhetnek bolygók ilyen nagy távolságokban a csillaguktól. A rés mindenesetre teljesen egyértelműen látszik a felvételeken, az pedig, hogy kör alakú és éles kontúrú, arra utal, hogy tényleg formálódó planéta hozta létre. A képet még tovább bonyolítja a TW Hydrae tömege, ami a Napénak csak 55%-a, ezzel ez a legkisebb tömegű csillag, amely körüli protoplanetáris korongban ennyire kint sikerült rést detektálni.

Bal oldal: A Hubble űrtávcső NICMOS műszerével készült infravörös felvétel a TW Hydrae vörös törpe körüli protoplanetáris korongról. A diszk közepén a csillagot kitakarták, pozícióját fehér pont jelzi. A felvételen egyértelműen megfigyelhető a rés, amelyet valószínűleg egy formálódó bolygó hozott létre. A már korábban is sejtett, de akkor még nem igazolt rés az újabb adatok és a régebbiek új elemzése alapján több hullámhosszon is látszik, így biztosan nem műszeres vagy fényszóródási effektus, hanem valódi képződmény. Jobb oldal: A TW Hydrae körüli porkorong numerikus modellje.
[NASA, ESA, J. Debes (STScI) és tsai]

A korong külső részében ráadásul nagyobb porrészecskék sincsenek. Az ALMA (Atacama Large Millimeter Array) antennarendszerrel végzett mérések alapján a milliméter méretű szemcsék koncentrációja a 65 milliárd kilométer átmérőjű diszkben a csillagtól 8,8 milliárd kilométer távolságban, a rés előtt nem sokkal gyorsan lecsökken. A tradicionális bolygókeletkezési elméletek szerint azonban a folyamathoz tipikusan legalább kavics méretű testecskék kellenek, így ha homokszemcséknél nagyobb porrészecskék egyáltalán nincsenek, az újabb nehézséget jelent a teoretikusok számára.

A Hubble észlelései alapján a 3 milliárd kilométer széles rés nem teljesen üres. A kutatócsoport szerint a bolygó - feltéve persze, hogy valóban arról van szó -, még formálódik és emiatt nem is túl nagy tömegű, Hannah Jang-Condell (University of Wyoming) becslése alapján 6 és 28 földtömeg között lehet. Ebben a tartományban helyezkednek el az ún. szuperföldek, illetve a jégóriások is. A kis tömegérték azonban a kollapszusos keletkezési elméletet is sarokba szoríthatja, hiszen aszerint ilyen módon legalább 1-2 jupitertömegnyi csomósodásokból jöhetnek létre planéták.

A TW Hydrae körüli protoplanetáris korong és a Naprendszer méretének összehasonlítása. A résben, a csillagtól 12 milliárd kilométerre sejtett bolygó pályamérete nagyobb, mint a naprendszerbeli Kuiper-öv átmérője.
[NASA, ESA, A. Feild (STScI)]

A csoport az ALMA antennarendszerrel és a 2018-ban felbocsátandó James Webb Űrteleszkóppal is tervezi a rendszer alaposabb tanulmányozását.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• STScI-2013-20