A bolygók kialakulási folyamata évszázadok óta izgatja a csillagászokat, és egészen a közelmúltig nem tudtak sokat ennek részleteiről. Az észlelők régóta figyelik ezeket a vándorló, rendezetten mozgó fénypontokat az égen, de hogy hogyan kerültek oda, az rejtély maradt.
Az elmúlt években azonban jelentősen megváltozott a kép. A nagyobb teleszkópoknak, a pontosabb műszereknek és a fejlett digitális képfeldolgozási technikáknak köszönhetően a bolygók kialakulásának kérdése spekulatív találgatásokból mára megalapozott kutatási területté vált. És mint a legtöbb új tudományág, ez is villámgyorsan fejlődik. Korábban csak néhány megfigyelés állt rendelkezésre embrionális bolygórendszerekről, amelyeket elemezhettek a szakértők, ma viszont már több száz ilyen van, köszönhetően a lélegzetelállító ütemű felfedezéseknek.
És a kör folyamatosan bővül: a csillagászok nemrégiben 86 születőben lévő bolygórendszer részletes megfigyeléseit tették közzé, ami hatalmas számú új, elemezhető objektumot jelent a kutatók számára. És az elemzéseknek köszönhetően remélhetőleg jobban megérthetjük, hogyan születnek a csillagok és a bolygók.
Teóriák
Pár évtizeddel ezelőtt a bolygóképződéssel kapcsolatos ismereteink gyengék voltak, és sok őrültnek nevezhető ötlet is felmerült ennek kapcsán. Az egyik például az volt, hogy egy csillag olyan közel haladt el a Naphoz, hogy anyagszálakat húzott ki belőle, amelyek összeolvadva bolygókat alkottak. Ez elég látványos ötlet, de enyhén szólva is valószínűtlen. Először is, a galaxisnak ebben a részében a csillagok közötti ilyen szoros ütközések olyan ritkák, hogy szinte nem történnek meg. Ráadásul egy ilyen túlhevült anyagszál szétoszlana a semmibe, és nem omlana össze tartósan megmaradó égitestekké.
De ahogy telt az idő, és a megfigyelések egyre jobbak lettek, a hipotézisek is fejlődtek. Ma már tudjuk, hogy a csillagok hatalmas gázfelhőkben, úgynevezett ködökben vagy nebulákban keletkeznek, amikor szupersűrű anyaghalmazok a saját gravitációjuk hatására összeomlanak. Az anyag protosztelláris koronggá lapul össze, amely a középpont körül örvénylik, és táplálja az ott kialakuló fiatal csillagot.
Végül a korong – amelyet ezen a ponton már protoplanetáris korongnak nevezünk – lehűl, és ténylegesen megkezdődhet a bolygóképződés folyamata.
A bolygók ezt követően vagy úgy alakulnak ki, hogy apróbb objektumok, kavicsok és sziklák összeragadnak, és nagyobbá válnak, vagy úgy, hogy a korong nagyobb részei omlanak össze, és közvetlenül nagyobb objektumokat hoznak létre.
Ezekről a korongokról évtizedekig csak elméleti szinten értekeztek a szakértők. Aztán sikerült észlelni az első ilyet: az 1980-as években a fényes Vega csillag megfigyelései során kiderült, hogy azt a csillagfény által felmelegített porgyűrű veszi körül. Hamarosan továbbiakat is találtak, bár a megfigyelések kevés részletet tartalmaztak.
Tények
A helyzet igazán akkor változott meg, amikor 1997-ben egy űrhajósokból álló csapat felszerelte a Hubble Űrteleszkópra a Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) nevű műszert. Az STIS spektroszkóp már képes volt a célcsillag fényének nagy részét kitakarni, így nagy felbontású képeket tudott készíteni bármely nagyobb méretű protoplanetáris korongról.
Az STIS-szel felfedezett korongok közül sokban spirálkarokat találtak, ami olyan láthatatlan bolygókra utal, amelyek gravitációjukkal örvényeket keltettek a korongokban. Más esetekben egyértelmű rések látszottak a korongban, ahol a bolygók vagy közvetlenül szántották fel az anyagot és söpörték félre azt, vagy keringési energiát adtak át az ott lévő részecskéknek, és megváltoztatták azok pályáját.
E korongok tanulmányozása azóta természetesen újabb szintre lépett, és hihetetlen módon még jobb lett. A chilei Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) obszervatórium több tucat ilyen struktúrát vizsgált meg, és korábban nem látott részleteket tárt fel a rádiótartományhoz közeli hullámhosszokon.
Azóta pedig a csillagászok a látható fény és a rádióhullámok közötti szakadékot is áthidalták át az Európai Déli Obszervatórium hatalmas, Chilében található Nagyon Nagy Teleszkópjával (VLT).
Ez négy gigantikus, 8,2 méteres távcsőből áll, és az egyik ilyenen ül a SPHERE, a Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch nevű műszer. Ez egy fenomenálisan nagy felbontású kamera, amely kiváló részletességű képeket készít, nemcsak a távoli bolygórendszerekről, de például saját Naprendszerünk aszteroidáiról is.
A VLT négy teleszkópjának mindegyike rengeteg fényt képes összegyűjteni és finom részleteket megjeleníteni, így számos csillagot lehet velük megfigyelni a keletkezésük folyamatában, és képes megkülönböztetni a környező anyagban lévő struktúrákat is. Így az olyan masszív objektumok által létrehozott jellegzetességeket is, mint például a korongban kialakuló protobolygók.
Trendek
Az Astronomy and Astrophysics című folyóiratban a napokban megjelent három tanulmányban az Orion, a Bika és a Kaméleon csillagképekben található három közeli csillagködben kialakuló bolygórendszerek megfigyelése során kapott eredményeikről számolnak be a csillagászok. E csillaggyárak mindegyike elég közel van a Földhöz ahhoz, hogy a nagy teljesítményű VLT/SPHERE számtalan részletet tudjon feltárni. A megfigyelt korongok közül sokban láthatók rések és spirálkarok, amelyek bolygók jelenlétét jelzik, és ami még fontosabb, a korongokat kontextusba helyezik közvetlen asztrofizikai környezetükkel.
A Bika Taurus-felhőjében található köd II. osztályú objektumainak (ezek azok, amelyek esetében az újonnan született csillag fénye éppen csak kilép a protosztelláris ködből) nagyjából 20 százalékát figyelte meg a SPHERE, ami a Nap tömegének 0,4-szeresénél nagyobb tömegű csillagok teljességét jelenti – a többi túl halvány volt ahhoz, hogy megbízhatóan észlelni lehessen.
Ezek közel kétharmada halvány koronggal rendelkezett, amelyeket korábban soha nem láttak és dokumentáltak.
Fontos tény az is, hogy a Taurus-felhőben megfigyelt rendszerek közel egyharmada többszörös csillagrendszer volt, amelyekben két vagy több csillag kering egymás körül. A statisztikák azt mutatják, hogy a Tejútrendszerben lévő csillagok mintegy fele többszörös rendszer része, így a bolygóképződés tanulmányozása ezekben a Tatuinhoz hasonló környezetekben sok érdekes adatot fog szolgáltatni arról, hogy a több csillag jelenléte hogyan befolyásolja a bolygók kialakulását.
Például a SPHERE által szintén vizsgált Chamaeleon I felhőben a korongok ritkák voltak azokban a kettős rendszerekben, ahol a nagyobb tömegű elsődleges csillagot egy közel keringő kisebb tömegű másodlagos csillag kísérte. Ez arra utal, hogy ennek a csillagkonfigurációnak valamilyen aspektusa elnyomja a bolygókat eredményező korongok kialakulását.
Az egyes csillagok és korongok csodálatosak annak tanulmányozásához, hogy megismerjük a konkrét fizikai körülményeiket. Ugyanakkor ahhoz szélesebb körű megfigyelésekre van szükség, hogy jobb áttekintést kapjunk arról, hogyan jönnek létre a bolygók: bizonyos értelemben csak úgy érthetjük meg a finom részleteket, ha látjuk, hogyan illeszkednek a nagyobb képbe. Ez pedig csak a fiatal bolygók jellemzőinek összehasonlítása és szembeállítása révén lehetséges, beleértve a sűrűséget, a kort és a kémiai összetételt.
***
A bolygók születésének tanulmányozása fordulópontjához érkezett. A múltban csak ritkán találtak ilyen objektumokat, de mostanra rendszeresen megfigyelések tömege érkezik a szakértőkhöz. Eljutottunk oda, hogy már nem számít kivételesnek egy újabb protoplanetáris korong felfedezése, hanem annyi adattal rendelkezünk, hogy a szakértők elkezdhetnek tendenciákat feltárni, és felfedezni a mögöttes mechanizmusokat, amelyek létrehozzák ezeket a struktúrákat és a bennük formálódó bolygókat.
Még mindig rengeteg a kérdés azzal kapcsolatban, hogyan jött létre a saját Naprendszerünk, és hogyan jutott el az idők során a jelenlegi konfigurációig. Ennek megfejtéséhez kritikus fontosságú más bolygórendszerek megfigyelése, és ezek saját rendszerünkkel való összevetése.
Azt gondolhatnánk, hogy a csillagászat elsősorban azt vizsgálja, ami a fejünk felett van. De valójában azt is, ami a lábunk alatt.
