A bolygókeletkezés új fázisát azonosították

A csillagközi porból bolygókká épülő szemcsék fejlődésének fontos fázisát figyelték meg a Hubble-űrtávcső segítségével. Kiderült, hogy a poranyag több mint 90%-át üregek teszik ki. Ennyire nagy porozitással a Földön csak a frissen hullott hónál találkozunk.

A bolygókeletkezéssel kapcsolatos egyik tisztázandó kérdés, hogy a csillagközi anyagban lévő apró, kb. 100 nanométeres porszemcsék miként állnak össze kilométeres vagy még nagyobb égitestekké, bolygócsírákká. Valamilyen módon össze kell tapadniuk, de a köztes lépéseket, illetve az anyag ekkor jellemző formáit eddig nem ismerték.

A kérdés tisztázásához az AU Microscopii nevű, körülbelül fél naptömegű vörös törpecsillagot és környezetét vizsgálták a Hubble-űrteleszkóppal (HST). Ez a hozzánk legközelebbi csillag, amelyet a bolygók kialakulásához szükséges ún. protoplanetáris korong övez. Ezt az anyagkorongot - mindössze 32 fényéves távolsága révén - részletesen is meg tudta örökíteni a HST. A 12 millió éves korong belső pereme a csillagtól 40 Csillagászati Egység (átlagos Föld-Nap távolság - Cs.E.) távolságban van. A korongon belüli, a csillaghoz 40 Cs.E.-nél beljebb található üres zónát feltehetőleg már tisztára söpörték az ott kialakult bolygók.

A 2004. augusztus 1-jén végzett megfigyelés keretében egy ún. koronagráffal takarták ki az AU Mic fényét, a HST ACS kamerájával pedig a csillag körüli gyűrűben lévő anyag sugárzásának polarizáltságát vizsgálták. A különböző irányba polarizált fény intenzitásának összehasonlítása révén sikerült a poranyag szerkezetét megbecsülni. Kiderült, hogy annak több mint 90%-át, akár közel 97%-át is üregek teszik ki. Ennyire nagy porozitással a Földön csak a frissen hullott hónál találkozunk.

A porózus anyag mikrométeres nagyságú szemcséket alkot, amelyeket a csillag sugárzása folyamatosan kisöpör a rendszerből. A szemcsék tartós jelenléte állandó utánpótlásra utal, amit feltehetőleg ugyanilyen anyagból álló, de nagyobb, centiméteres és méteres testek ütközései biztosítanak.

Ez az első megbízható mérés egy születő bolygórendszerben lévő törmelékanyag porozitásáról. A porozitás elsődleges eredetű lehet, azaz a csillagközi anyag összeállása során az első lépésben keletkezett. A csillag kora alapján a protoplanetáris korong kiindulási por- és gázanyagából közel 10 millió év alatt vagy még gyorsabban jöhettek létre a laza szerkezetű bolygócsírák.

Mint arra korábbi kísérletek is utaltak, a porózus szerkezet kulcsszerepet játszhat a bolygófejlődés kezdetén a testek összetapadásában: az ütközések során ekkor gyakran nem törnek szét összetalálkozó objektumok. Belsejük tömörödésével csökken az ütközés hevessége, és anyaguk ezután együtt is maradhat.

Később ezek a fokozatosan tömörödő szemcsék egyre nagyobb testekké álltak össze, amelyek nagyobb tömegük miatt az ütközések során még jobban összenyomódnak, tovább csökkentve a pórustérfogatot. A legnagyobb objektumoknak, a bolygóknak végül teljesen tömör anyaguk lesz. A fent említett, elsődlegesen kialakult porozitást korlátozott mértékben az üstökösmagok és a kevéssé átalakult kisbolygók ma is őrzik - bár azok anyaga már valamivel tömörebb, mint az elsőként képződött szemcséké.

A megfigyelést vezető James Graham (University of California, Berkeley) és kollégái az elsőként összeállt, laza szerkezetű szemcséket, illetve a belőlük összetapadt nagyobb objektumokat a hópelyhekhez és a jégeső jégszemcséihez hasonlították: azonos anyagból épül fel mindkettő, de az eltérő keletkezési viszonyok közepette különböző szerkezetük lesz.

Az AU Mic körüli rendszer vázlatos szerkezete (NASA, ESA, A. Feild (STScI))

A most megfigyelt fázis a bolygócsírák növekedésének kezdete, és a már megszületett planéták által uralt, tisztára söpört, mondhatni "kész" bolygórendszer közötti állapotot jelképezi: első lépésként tehát nagyon porózus apró szemcsék keletkeztek, majd ezek öszeállásával egyre tömörebb objektumok. Utóbbiak az AU Mic esetében a belső zónából már ki is söpörték a maradék törmeléket.

A poros, gyűrű alakú külső régióban (amely talán a Naprendszerben a Neptunuszon túl húzódó Kuiper-öv megfelelője), feltehetőleg már nem keletkeztek nagybolygók. Nem volt, ami kitisztítsa ezt a térséget - ezért ott még sok centiméteres, méteres test maradt meg. Ezek mozgásuk során egymással ütköznek, és anyaguk porlad. Ezzel kibocsátják magukból az elsődlegesen képződött nagyon porózus szemcséket - utóbbiakat sikerült most megfigyelni. A folyamat nagyságrendileg 100 millió év múlva ér véget. Körülbelül ennyi szükséges ahhoz, hogy ez a külső gyűrű is letisztuljon. Ekkorra csak a kb. méteresnél nagyobb testek maradnak csak meg a rendszerben, és a most megfigyelt finom por eltűnik.

Kereszturi Ákos