V svetlobi mladih zvezd so astronomi našli sledove davnih kozmičnih katastrof, ki jih ne morejo opazovati neposredno, lahko pa iz drobcev razberejo, kako silovit je bil trk in ali se je nekaj podobnega pred milijardami let zgodilo tudi v naši neposredni bližini.
Zgodnje Osončje je bilo precej bolj kaotično okolje od današnjega. Po eni vodilnih teorij je v mlado Zemljo pred milijardami let trčilo telo velikosti Marsa, imenovano Teja. Trk je bil tako silovit, da je v vesolje izstrelil in uparil ogromne količine kamnin, iz dela tega materiala pa naj bi pozneje nastala Luna.
Astronomi so zdaj z vesoljskim teleskopom James Webb podrobneje raziskali mlade zvezdne sisteme, v katerih bi se lahko dogajalo nekaj podobnega. Rezultati, objavljeni v reviji The Astrophysical Journal, ponujajo nov vpogled v silovite trke, ki spremljajo nastajanje kamnitih planetov.
Mlade zvezde sprva obdaja protoplanetarni disk, bogat s plinom in materialom, iz katerega nastajajo planeti. Pozneje se ta spremeni v disk ostankov z veliko manj plina. Nasin upokojeni teleskop Spitzer je med takšnimi sistemi odkril posebno skupino, imenovano ekstremni diski ostankov. V njih so nenavadno velike količine toplega prahu blizu zvezde, približno na območju, kjer v našem Osončju krožijo kamniti planeti.
Teoretični modeli so napovedovali, da bi moralo biti takšnih sistemov veliko, opazovanja pa kažejo drugače. Po doslej zbranih podatkih naj bi njihove zaznavne sledove kazal le približno odstotek mladih zvezd. Takšno obdobje je v mladosti morda doživelo tudi naše Osončje.
Prvič so zbrali dovolj sistemov
Ekipa pod vodstvom Kate Su z inštituta Space Science Institute v Boulderju je kljub njihovi redkosti zbrala vzorec 21 ekstremnih diskov. Pet jih je poznala že iz Spitzerjevih arhivskih podatkov, 16 pa jih je raziskovala z Webbom, pri čemer je 12 diskov opazovala na novo, pri štirih Spitzerjevih pa opravila dodatna opazovanja.
"Prvič smo zbrali dovolj sistemov, da lahko resnično razumemo ta podrazred, ki ga imenujemo ekstremni diski ostankov," je pojasnila Su. "Pred Webbom smo imeli omejene informacije. Vedeli smo, da so nenavadni in zelo drugačni od običajnih hladnih diskov ostankov, kakršna poznamo pri Vegi in Fomalhautu. Zdaj lahko precej natančneje ugotavljamo, kaj ti diski pomenijo za nastajanje in razvoj planetov." Raziskovalci so ugotovili, da imajo ti sistemi tri skupne značilnosti: manjša zrnca prahu kot običajni protoplanetarni ali klasični diski ostankov, veliko koncentracijo toplega prahu in neenakomerno spreminjanje svetlosti.
Ključ pa se je skrival v njihovi mineralni sestavi. Astronomi so diske razdelili na bogate in revne s silicijevim dioksidom. Primer materiala, bogatega s silicijevim dioksidom, je vulkansko steklo, kakršen je obsidian. Na drugi strani je mineral forsterit, ki je z njim revnejši in ga je mogoče najti tudi v zelenih zrnih peska na nekaterih havajskih plažah. Razlika znanstvenikom omogoča sklepanje o silovitosti trkov, iz katerih je prah nastal.
"Najbolj vznemirljivo je bilo že to, da smo z Webbom lahko videli njihovo srednje infrardeče sevanje in čudovite spektralne značilnosti, ki so nam omogočile določiti njihovo sestavo," je povedala Agnes Kospal z observatorija Konkoly v Budimpešti. "Teh planetarnih zarodkov ne moremo neposredno raziskovati na noben drug način, saj so premajhni," je dodala.
Zanimiva je tudi starost. Diske, bogate s silicijevim dioksidom, so odkrili samo okoli zvezd, mlajših od 300 milijonov let. Druga skupina se pojavlja v precej širšem starostnem razponu in pogosto kaže večje spremembe svetlosti. Znanstveniki menijo, da bi to lahko povzročalo hitro spreminjanje svežih ostankov zaradi sprememb njihovih orbit in novih trkov. Prav tu se zgodba vrača k Zemlji.
Širša slika tega, kar trenutno razumejo
Simulacije kažejo, da bi morali kamniti planeti nastati v prvih nekaj sto milijonih let obstoja planetarnega sistema. To se ujema s starostjo opaženih diskov, bogatih s silicijevim dioksidom, pa tudi z ocenami, da sta se Zemlja in Luna oblikovali približno 100 milijonov let po nastanku Sonca. Luna naj bi nastala po trku mlade Zemlje s telesom velikosti Marsa. "Kako so nastali kamniti planeti in kako so se razvijali orjaški planeti, je del širše zgodbe o nastanku Osončja. Vse je ena sama zgodba," je poudarila Su in dodala: "Naše delo z ekstremnimi diski ostankov nam pomaga povezovati širšo sliko tega, kar trenutno razumemo."
Raziskava odpira še eno možnost. Če so starejši diski z manj silicijevega dioksida in njihova nenadna obdobja povečane infrardeče svetlosti res posledica orbitalne nestabilnosti, bi se lahko pojav povezoval tudi s hipotezo o poznem velikem bombardiranju Osončja. Po tem scenariju so se orjaški planeti nekoč močno premikali po Osončju, njihova gravitacija pa je spreminjala orbite manjših teles. Posledica bi bili katastrofalni trki in kratkotrajna obdobja z velikimi količinami prahu – podobna tistim, ki jih astronomi danes opazujejo okoli drugih zvezd.
Toda raziskovalci opozarjajo, da je vzorec za dokončne sklepe še premajhen. "Seveda o teh diskih še marsičesa ne vemo," je povedal Attila Moor z observatorija Konkoly: "Pri starejših ekstremnih diskih ne pričakujemo sistemov, bogatih s silicijevim dioksidom. V našem vzorcu imamo le tri diske, ki ustrezajo tem starostnim merilom, zato bi bilo dobro opazovati še več takšnih sistemov in potrditi našo hipotezo."
