Chemiczne ślady gwiazd zdradzają tajemnice składu egzoplanet
Gwiazdy rodzą się w wirze – wskutek zapadania się i zapłonu olbrzymich, zimnych mas gazu i pyłu. Z materiału znajdującego się w dysku otaczającym nową gwiazdę powstają skały o średnicach wynoszących do kilku metrów. Z czasem duże skupiska takich skał doprowadzają do powstania planet orbitujących wokół gwiazdy. Równocześnie, w wyniku skomplikowanych ciągów reakcji chemicznych uwalnianie są złożone cząsteczki organiczne uwięzione w lodowych skałach otaczających gwiazdę, które następnie trafiają na planety. „Ustalenie najważniejszych składników materiałów, z których tworzą się planety pozwoli nam lepiej poznać genezę oraz zrozumieć różnorodność planet. Obecnie wiele spośród prowadzonych badań skupia się na pomiarach składu atmosfer egzoplanet, a także planet znajdujących się w naszym Układzie Słonecznym. Takie podejście ma sens, ale informacje tego rodzaju stanowią jedynie punkt wyjścia do dyskusji na temat możliwości występowania życia na egzoplanetach, na co ostateczny wpływ ma materiał, z którego powstały”, zauważa Mihkel Kama, koordynator finansowanego przez Unię Europejską projektu DISCO.
Wykorzystanie „skażonego materiału” z gwiazd w celu wykrywania planet
Dotychczasowe badania pozwalają nam na zrozumienie przeważającej zawartości cząsteczek tlenu i węgla w dyskach protoplanetarnych. Głównymi celami projektu DISCO było dodanie kilku dodatkowych elementów do zestawu narzędzi do analizy składu chemicznego w celu lepszego zrozumienia pochodzenia planet i środowisk nadających się do zamieszkania. Naukowcy wykorzystali w tym celu nowatorskie podejście nazwane „metodą skażonych gwiazd” (CAM, Contaminated A-stars Method’), które może być stosowane w przypadku gwiazd nieco większych niż nasze Słońce. „Ilość pierwiastków chemicznych w materiale planetotwórczym w pobliżu gwiazdy trudno jest zmierzyć bezpośrednio, dlatego też szukaliśmy nowych innowacyjnych metod, aby to zrobić. Gwiazdy przypominające nasze Słońce posiadają strefy konwekcyjne pozostające stale w ruchu, natomiast większe gwiazdy są dużo spokojniejsze. Z tego powodu wszelkie elementy przyciągane przez gwiazdę, takie jak krople materiału, z którego powstają planety oraz gazy wyrzucane z gorących planet orbitujących wokół gwiazdy nie mieszają się z wnętrzem gwiazdy – dochodzi raczej do ich osiadania na jej powierzchni. To ułatwia astronomom pomiar ich widm i analizę śladu chemicznego materiału, który pozostał na ich powierzchni w wyniku akrecji”, wyjaśnia Kama.
Pierwsze w historii wykrycie nowych pierwiastków
Naukowcy przeprowadzili badania kilku dysków planetotwórczych otaczających młode gwiazdy.Wcześniej skupiano się na węglu i tlenie, które miały niewielkie znaczenie dla zrozumienia składu planet. Przeprowadzone badania doprowadziły do osiągnięcia imponujących rezultatów, w szczególności związanych z ujawnieniem atomów siarki zawartych w stałych cząsteczkach przed powstaniem planet. Tego rodzaju dane, które byłyby trudne do uzyskania za pomocą jakichkolwiek innych metod, a dzięki CAM mogą być w prosty sposób gromadzone dla prawie każdego pierwiastka, stanowią ważny wkład do modeli formowania planet wykorzystywanych do przewidywania składu chemicznego stałych jąder planet oraz ich gazowych atmosfer. Zespół wykrył także cząsteczki sodu, cynku, żelaza i magnezu zamknięte w cząsteczkach stałych. „Wszystkie te pierwiastki stanowią cząsteczki, których wykrywanie i opisanie w środowiskach, w których powstają planety, stanowiły do tej pory nie lada orzech do zgryzienia dla astronomów. Mamy nadzieję, że nasza praca przyczyni się do przełomu w zakresie zrozumienie właściwości Ziemi i planet wokół innych gwiazd”, podsumowuje Kama.
Słowa kluczowe
DISCO, skład, egzoplaneta, dysk protoplanetarny, metoda skażenia przez akrecję (CAM), siarka
