Astronomowie odkryli osobliwą strukturę charakteryzującą się ramionami spiralnymi w dysku pyłu i gazu otaczającym młodą gwiazdę Elias 2-27. Choć spiralna budowa była obserwowana na powierzchni dysków protoplanetarnych, nowe obserwacje przeprowadzone za pomocą obserwatorium ALMA w Chile po raz pierwszy przedstawiają pierwszą taką spiralę wewnątrz dysku, w obszarze, w którym faktycznie powstają planety. To istotna informacja o procesach powstawania planet: struktury tego typu mogą wskazywać na obecność nowo powstałej planety lub wręcz tworzyć warunki niezbędne do powstania planety. Właśnie dlatego tego typu wyniki stanowią kolejny istotny krok na drodze do zrozumienia procesów powstawania układów planetarnych takich jak Układ Słoneczny.
Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Laurę Perez z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka (MPIfR) w Bonn, w skład którego wchodzą także badacze z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu uzyskał pierwsze zdjęcie struktury spiralnej w termicznej emisji pyłu pochodzącej od dysku protoplanetarnego, potencjalnego miejsca narodzin nowego Układu Słonecznego. Uważa się, że tego typu struktury odgrywają kluczową rolę w powstawaniu planet wokół młodych gwiazd. Badacze wykorzystali obserwatorium ALMA do uzyskania zdjęcia dysku wokół młodej gwiazdy Elias 2-27 w Gwiazdozbiorze Wężownika oddalonej od nas o 450 lat świetlnych.
Planety powstają w dyskach gazu i pyłu wokół nowo narodzonych gwiazd. Choć taka koncepcja przyjmowana jest w nauce od dawna, astronomowie dopiero niedawno uzyskali możliwość bezpośredniego obserwowania tego typu dysków. Jednym z pierwszych przykładów może być obserwowanie poświaty dysku znajdującego się przed obszarem emisji z Mgławicy w Orionie (Kosmiczny Teleskop Hubble’a w latach dziewięćdziesiątych). Zdolność obserwowania nie tylko dysków, lecz także ich budowy pojawiła się znacznie później. Przerwy w dyskach protoplanetarnych, także w formie koncentrycznych pierścieni zostały dostrzeżone przez ALMA w 2014 roku.
Nowe obserwacje są szczególnie interesujące dla wszystkich zainteresowanych procesami powstawania planet. Bez tego typu struktur być może planety w ogóle nie mogłyby powstawać! Powód jest następujący: w jednorodnym dysku planety powstają stopniowo. Cząsteczki pyłu znajdujące się w dysku gazu okresowo się ze sobą zderzają, powodując powstawanie coraz większych cząstek, ziaren, a z czasem dużych obiektów. Jednak gdy tego typu ciała osiągną rozmiary rzędu 1 metra, opór ze strony otaczającego je gazu sprawi, że będą stopniowo migrować do centrum dysku, w stronę gwiazdy, do której dotrą w ciągu 1000 lat lub wcześniej. Czas potrzebny, aby tego typu obiekty osiągnęły masę, wobec której opór ze strony gazu staje się pomijalny, jest znacznie dłuższy.
W jaki zatem sposób powstają ciała o średnicy większej od 1 metra? Bez dobrego wytłumaczenia nie moglibyśmy zrozumieć w jaki sposób powstają układy planetarne, w tym także nasz własny Układ Słoneczny.
Istnieje kilka mechanizmów, które umożliwiłyby pierwotnym skałom szybszy wzrost pozwalający na osiągnięcie rozmiaru, przy którym wzajemne przyciąganie grawitacyjne pozwala im uformować się w pełnowymiarowe planety. „Spirale obserwowane wokół Elias 2-27 to pierwszy bezpośredni dowód fal uderzeniowych w falach gęstości w dyskach protoplanetarnch,”mówi Laura M. Perez z MPIfR, główna autorka artykułu. „Wskazują one, że niestabilność gęstości także może występować wewnątrz dysku, co z czasem może doprowadzić do dużej niejednorodności w dysku i powstawania planet.” Tego typu niestabilności nie ograniczają się do skali planet, wszak najlepszym przykładem mogą być fale gęstości widoczne w strukturze galaktyk spiralnych.
Dwa spiralne ramiona wokół Elias 2-27 rozciągają się na ponad 10 miliardów kilometrów od nowej gwiazdy – to odległość większa od odległości Pasa Kuipera od Słońca na naszym planetarnym podwórku. „Obecność spiralnych fal gęstości w tak dużych odległościach może pomóc wytłumaczyć zagadkowe obserwacje planet pozasłonecznych w podobnych odległościach od swoich gwiazd macierzystych,” mówi Perez. „Jednak w obszarach zwiększonej gęstości, formowanie planet może postępować dużo szybciej.”
