Astronomowie prezentują galerię pyłowych dysków wokół młodych gwiazd za pomocą instrumentu SPHERE na VLT

Astronomowie udostępnili nową kolekcję obrazów, które ukazują pierścienie pyłu otaczające młode gwiazdy. Dostarcza to szczegółowego wglądu w wczesną architekturę układów planetarnych. Wyniki te uzyskano dzięki obserwacjom przeprowadzonym za pomocą instrumentu SPHERE, zamontowanego na Wielkim Teleskopie (VLT) Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO).

Przeprowadzone badanie objęło 161 młodych gwiazd znajdujących się w pobliżu Ziemi. W trakcie analizy udokumentowano 51 potencjalnych systemów, które wykazują cechy sprzyjające formowaniu się planet. Systemy te charakteryzują się obecnością dysków szczątkowych, powstających w wyniku kolizji asteroid lub komet, co jest analogiczne do Pasa Asteroid i Pasa Kuipera w naszym Układzie Słonecznym. Gaël Chauvin, pracownik naukowy projektu SPHERE z Instytutu Astronomii Maxa Plancka, określił ten zbiór danych jako „astronomiczny skarb”. Umożliwia on uzyskanie wyjątkowych informacji na temat właściwości dysków szczątkowych i pozwala na wyciąganie wniosków o istnieniu niewidocznych mniejszych ciał. Kluczowe dane dotyczą analizy dysków szczątkowych w systemach w wieku do 50 milionów lat, ponieważ w tym okresie zderzenia są nadal wystarczająco częste, by generować wykrywalny pył.

Po raz pierwszy bezprecedensową szczegółowość uzyskano dla czterech konkretnych systemów. HD 197481 i HD 39060 zaprezentowały wyraźne strumienie materii (widok z krawędzi), podczas gdy HD 109573 i HD 181327 ukazały niemal idealnie okrągłe pierścienie pyłu (widok z płaszczyzny dysku). W opozycji, systemy takie jak HD 145560 i HD 156623 ujawniły bardziej chaotyczny rozkład pyłu, co może sugerować wcześniejszą fazę ewolucji. Naukowcy, w tym Natalia Engler z ETH Zurich, opracowali dane dla 161 gwiazd, których promieniowanie podczerwone wskazywało na obecność dysków szczątkowych.

Badacze doszli do wniosku, że obserwowane struktury, takie jak wyraźnie zarysowane pierścienie, są ściśle powiązane z obecnością niewidocznych planet gazowych. Planety te grawitacyjnie oczyszczają otaczające obszary z mniejszych obiektów, podobnie jak Neptun kształtuje Pas Kuipera w naszym własnym Układzie Słonecznym. Technicznie rzecz biorąc, instrument SPHERE wykorzystuje koronograf do blokowania jasnego światła centralnej gwiazdy oraz optykę adaptacyjną do korekcji zniekształceń atmosferycznych w czasie rzeczywistym. To z kolei umożliwia detekcję słabego światła rozproszonego przez pył. Uzyskane rezultaty stanowią krytyczny punkt wyjścia dla przyszłych badań, w tym tych prowadzonych za pomocą narzędzi takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) oraz przyszły Ekstremalnie Duży Teleskop (ELT) ESO.

Warto zauważyć, że w systemie HD 181327, którego wiek szacuje się na około 23 miliony lat, JWST wykrył w maju 2025 roku krystaliczny pył wodny. Potwierdza to obecność lotnych substancji we wczesnych etapach formowania się planet. Odkrycie lodu wodnego, stanowiącego ponad 20% materiału w najzimniejszych zewnętrznych rejonach dysku HD 181327, jest zgodne z modelami, w których lód jest transportowany na formujące się planety. W ten sposób obserwacje SPHERE dotyczące struktury dysków oraz dane JWST dotyczące składu lodowego w systemie HD 181327 wzajemnie się uzupełniają, oferując kompleksowy obraz wczesnej architektury planetarnej.

Zebrana galeria 51 rozdzielonych dysków spośród 161 badanych celów potwierdza, że znacząca część młodych, zapylonych systemów może być wizualizowana w świetle rozproszonym przy użyciu nowoczesnych technik obrazowania o wysokim kontraście. Porównanie różnych systemów w ramach jednego zbioru danych pozwoliło na wyłonienie globalnych trendów: masywniejsze młode gwiazdy zazwyczaj posiadają bardziej masywne dyski szczątkowe. Jest to zgodne z modelami przewidującymi większe rezerwuary planetozymali, które pozostały po kolapsie masywniejszych dysków protoplanetarnych. Ta praca pokazuje, jak mógł wyglądać nasz Układ Słoneczny we wczesnych stadiach rozwoju, ponad cztery miliardy lat temu.