Dyski protoplanetarne są pełne cząsteczek organicznych

Dyski protoplanetarne ujawniają swoje piękno. Jak formują się światy takie, jak Ziemia?

Naukowcy przebadali dyski protoplanetarne wokół pięciu pobliskich młodych gwiazd w wysokiej rozdzielczości. Badania ujawniają wskazówki dotyczące roli cząsteczek w formowaniu się układów planetarnych oraz tego, czy mogą występować w nich warunki do podtrzymania życia.

Zespół uczonych z National Radio Astronomy Observatory, wykorzystując Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) dokonał najdokładniejszego mapowania składu chemicznego dysków protoplanetarnych. Wyniki badania, nazwanego MAPS (Molecules with ALMA at Planet-forming Scales), zostaną opublikowane w specjalnym wydaniu 20 artykułów w serii Astrophysical Journal Supplement.

Jak powstają planety?

Planety rodzą się wśród pyłu i gazu dysków protoplanetarnych, które otaczają młode gwiazdy. Skład tych dysków może mieć wpływ na same planety. W ramach programu MAPS naukowcy szczególnie przyjrzeli się dyskom protoplanetarnym otaczającym młode gwiazdy IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 i MWC 480, w których wykryto dowody na formowanie się planet.

Dzięki ALMA byliśmy w stanie zobaczyć jak molekuły są rozmieszczone w miejscach, gdzie egzoplanety obecnie się gromadzą. Jedną z naprawdę ekscytujących rzeczy, które zaobserwowaliśmy jest to, że dyski planetotwórcze wokół tych pięciu młodych gwiazd są fabrykami specjalnej klasy cząsteczek organicznych, tak zwanych nitryli, które są powiązane z początkami życia na Ziemi.

Karin Öberg, astronom w Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian (CfA) i główna badaczka MAPS
Dyski protoplanetarne uchwycone przez ALMA

W dyskach protoplanetarnych zaobserwowano proste cząsteczki organiczne, takie jak HCN, C2H i H2CO. To może wskazywać, że Układ Słoneczny wcale nie jest wyjątkowym miejscem we Wszechświecie, a życie jest znacznie powszechniejsze, niż nam się wydawało.

Byliśmy w stanie zaobserwować ilość małych cząsteczek organicznych w wewnętrznych regionach dysków, gdzie prawdopodobnie tworzą się planety skaliste. Odkryliśmy, że Układ Słoneczny nie jest szczególnie wyjątkowy, i że inne układy planetarne wokół innych gwiazd mają wystarczającą ilość podstawowych składników, aby stworzyć życie.

Viviana V. Guzmán, astronom z Pontificia Universidad Católica de Chile’s Instituto de Astrofísica, główna badaczka MAPS

Życie na wyciągnięcie ręki

W dyskach protoplanetarnych wykryto także bardziej złożone cząsteczki organiczne, takie jak HC3N, CH3CN i c-C3H2. Wszystkie zawierały węgiel, a to z kolei oznacza, że mogą być podstawą życia, opartego na podobnej chemii do ziemskiego.

Znaleźliśmy więcej dużych cząsteczek organicznych niż się spodziewaliśmy – od 10 do 100 razy więcej – zlokalizowanych w wewnętrznych dyskach, a ich chemia wydaje się być podobna do chemii komet Układu Słonecznego. Obecność tych dużych cząsteczek organicznych jest znacząca, ponieważ są one stopniami pośrednimi pomiędzy prostszymi cząsteczkami opartymi na węglu, takimi jak tlenek węgla, który występuje w obfitości w przestrzeni kosmicznej, a bardziej złożonymi cząsteczkami, które są wymagane do tworzenia i podtrzymywania życia.

John Ilee, astronom z Uniwersytetu w Leeds i główny autor MAPS IX

Cząsteczki nie są rozmieszczone równomiernie w dyskach protoplanetarnych, co wykazały pomiary MAPS III i IV. Gaz molekularny w dyskach protoplanetarnych często występuje w zestawach wyraźnych pierścieni i szczelin, ale ten sam dysk obserwowany w różnych liniach emisji molekularnej często wygląda zupełnie inaczej, a każdy dysk ma wiele molekularnych twarzy. Oznacza to również, że planety w różnych dyskach lub nawet w tym samym dysku w różnych miejscach mogą formować się w odmiennych środowiskach chemicznych. Oznacza to, że niektóre planety tworzą się z niezbędnymi narzędziami do budowy i podtrzymania życia, podczas gdy inne pobliskie planety nie.

Reklama

MAPS dostarcza naukowych map i pozwala łączyć kropki między gazem i pyłem w dysku protoplanetarnym a planetami, które ostatecznie formują się z nich.

MAPS jest kulminacją dziesięcioleci pracy nad chemią dysków planetotwórczych przez naukowców korzystających z ALMA i jej prekursorów. Chociaż MAPS zbadał w tym czasie tylko pięć dysków, do tej pory nie mieliśmy pojęcia, jak chemicznie złożone i wizualnie zachwycające są te dyski. MAPS po raz pierwszy odpowiedział na pytania, których nie moglibyśmy sobie wyobrazić zadając je dekady temu, a także przedstawił nam wiele kolejnych pytań, na które musimy odpowiedzieć.

Karin Öberg