Student World

tisková zpráva Evropské jižní observatoře č. 33/2013

Tato sněžná čára byla pozorována v okolí hvězdy slunečního typu TW Hydrae. Objev by nám mohl přinést nové informace o vzniku planet a komet, o podmínkách které určují jejich složení a tedy i historii Sluneční soustavy. Výsledky byly zveřejněny v odborném časopise Science Express.

Astronomové využívající radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) poprvé v historii pořídili snímek takzvané sněžné čáry v mladém planetárním systému. Na planetě Zemi sněžná čára označuje nadmořskou výšku, ve které jsou teploty tak nízké, že vzdušná vlhkost vymrzá ve formě sněhu. Velmi nápadná je tato hranice v horách, kde je dobře pozorovatelné rozhraní mezi kameny a sněhem pokrytým povrchem.

Sněžná čára v okolí mladých hvězd se analogicky vyskytuje ve vzdálených chladných oblastech prachoplynného disku, ve kterém se formují planety. Se zvětšující se vzdáleností od hvězdy teplota v disku klesá. V určitém místě klesne teplota natolik, že voda vymrzne do podoby ledu. Tak vzniká první sněžná čára. Teplota však se vzdálenosti od hvězdy i nadále klesá, takže postupně mohou vymrzat i další exotičtější sloučeniny jako třeba oxid uhličitý (CO2), metan (CH4) nebo oxid uhelnatý (CO). Tyto různé druhy ledu poskytují prachovým částicím povrchový přilnavý povlak, který jim umožňuje hrát velmi důležitou úlohu při formování základních stavebních kamenů planet a komet. Díky tomuto „lepidlu“ se totiž zrnka mohou slepovat do větších útvarů, které se nerozbíjejí tak snadno při dalších srážkách. Led navíc zvyšuje množství dostupné hmoty v pevném skupenství a tím se výrazně zvyšuje rychlost vzniku planet.

Každá sněžná čára – pro vodu, CO2, metan a CO – by mohla být spojena se vznikem určitého typu objektů [1]. V planetárních systémech podobných Sluneční soustavě odpovídá poloha sněžné čáry vody vzdálenosti mezi planetami Mars a Jupiter, sněžná čára oxidu uhličitého leží za drahou planety Neptun.

Hranice zachycená při pozorování 175 světelných let vzdálené hvězdy TW Hydrae pomocí teleskopu ALMA odpovídá sněžné čáře oxidu uhelnatého. Astronomové se domnívají, že tento rodící se planetární systém má velmi podobné vlastnosti, jako měla Sluneční soustava, když byla jen několik milionů let stará.

„Teleskop ALMA nám poskytl první skutečný snímek sněžné čáry u mladé hvězdy. Je to mimořádně významné pozorování, protože přináší opravdu důležité informaci o raných fázích vývoje Sluneční soustavy,“ říká Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA), jeden z dvojice hlavních autorů článku. „Nyní můžeme přímo vidět doposud skryté detaily zamrzlých vzdálených oblastí v planetárním systému podobném tomu našemu.“

Přítomnost sněžné čáry oxidu uhelnatého však může mít mnohem závažnější důsledky než jen vznik planet. Oxid uhelnatý je totiž velmi důležitý při vzniku metanolu, který patří k základním stavebním kamenům složitějších organických molekul nezbytných pro vznik a vývoj života. Pokud komety tento materiál dopraví na rodící se planety zemského typu, obohatí je tím o látky potřebné k vývoji života.

Až dosud se nikdy sněžné čáry zaznamenat nepodařilo, protože se vždy nacházejí v relativně úzké oblasti v rovině protoplanetárního disku, takže jejich přesnou polohu a rozlohu nebylo možné přesně určit. V místě sněžné čáry nad a pod rovinou disku totiž přímé záření hvězdy zabraňuje vzniku ledu. Vysoká koncentrace plynu a prachu v rovině disku poskytuje nutnou ochranu vzdálenějších oblastí před zářením, a díky tomu mohou oxid uhelnatý a další plyny ochladnout a zmrznout.

Členům tohoto týmu se však podařilo pomocí malého triku nahlédnout do nitra disku, kde se led oxidu uhelnatého vytvořil. Místo toho, aby hledali sníh – který není možné pozorovat přímo – pátrali po molekule N2H+ (známé jako diazenylium), která intenzivně vyzařuje na milimetrových vlnových délkách, a je proto výborným cílem právě pro teleskop ALMA. Tato křehká molekula se však snadno rozpadá za přítomnosti oxidu uhelnatého v plynném stavu. Ve větším množství je tedy možné ji nalézt pouze v oblastech, kdy již oxid uhelnatý vymrzl a nemůže již reagovat s molekulami N2H+. Podstatou detekce ledu oxidu uhelnatého je tedy výskyt molekul N2H+.

Unikátní citlivost a rozlišení dalekohledu ALMA astronomům umožnila vystopovat přítomnost a rozložení molekul N2H+. Ve vzdálenosti přibližně 30 AU od centrální hvězdy (třicetkrát dále než je Země od Slunce) nalezli ostrou hranici výskytu molekuly N2H+, která odpovídá poloze sněžné čáry oxidu uhelnatého v disku obklopujícím hvězdu TW Hydrae. Sněžná čára oxidu uhelnatého se nachází přesně v místě, kde byla teoreticky předpovězena – na vnitřním okraji prstence tvořeného molekulami N2H+.

„Pro tato pozorování jsme použili pouze 26 antén z celkového konečného počtu 66 antén systému ALMA. Náznaky přítomností sněžných čar i u jiných hvězdy byly nalezeny i v dalších datech získaných pomocí ALMA. Jsme přesvědčeni, že budoucí pozorování prováděná již s celým polem radioteleskopů ALMA odhalí mnohé další a poskytne vzrušující pohled na formování a vývoj planet. Musíme jen počkat a uvidíme,“ dodává Michiel Hogerheijde (Leiden Observatory, Nizozemí).

Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí

Poznámky

[1] Suché kamenné planety vznikají ve vnitřní části sněhové čáry vody (nejblíže hvězdy), v místech kde se vyskytuje pouze prach. Opačný extrém představují ledoví obři, kteří se vytvářejí za hranicí sněhové čáry oxidu uhelnatého.

autor