W filmie „Kontakt” z 1997 r., będącym adaptacją powieści Carla Sagana z 1985 r., główna badaczka Ellie Arroway (w tej roli aktorka Jodi Foster) odbywa podróż tunelem czasoprzestrzennym zbudowanym przez kosmitów do gwiazdy Vega. Wyłania się ze środka burzy śnieżnej gruzu otaczającej gwiazdę – ale nie widać żadnych wyraźnych planet.
Wygląda na to, że twórcom filmu się to udało.
Zespół astronomów z Uniwersytetu Arizony w Tucson wykorzystał należące do NASA teleskopy kosmiczne Hubble'a i Jamesa Webba do niespotykanie dotąd dogłębnego spojrzenia na dysk śmieci o średnicy prawie 160 miliardów mil otaczający Vegę. „Pomiędzy teleskopami Hubble'a i Webba widać bardzo wyraźnie Vegę. To tajemniczy system, ponieważ różni się od innych dysków okołogwiazdowych, którym się przyglądaliśmy” – powiedział Andras Gáspár z Uniwersytetu w Arizonie, członek zespołu badawczego. „Dysk Vega jest gładki, absurdalnie gładki”.
Wielkim zaskoczeniem dla zespołu badawczego jest brak oczywistych dowodów na to, że jedna lub więcej dużych planet przecina dysk skierowany twarzą w twarz jak traktory śnieżne. „To zmusza nas do ponownego przemyślenia zakresu i różnorodności układów egzoplanet” – stwierdziła Kate Su z Uniwersytetu w Arizonie, główna autorka artykułu przedstawiającego odkrycia Webba.
Webb widzi podczerwone świecenie dysku cząstek wielkości piasku wirującego wokół skwierczącej niebiesko-białej gwiazdy, która jest 40 razy jaśniejsza od naszego Słońca. Hubble rejestruje zewnętrzne halo tego dysku, zawierające cząsteczki nie większe niż konsystencja dymu, które odbijają światło gwiazd.
Rozkład pyłu w dysku szczątków Vegi jest warstwowy, ponieważ ciśnienie światła gwiazd wypycha mniejsze ziarna szybciej niż większe. „Różne typy fizyki pozwolą zlokalizować cząstki o różnej wielkości w różnych miejscach” – powiedziała Schuyler Wolff z zespołu z Uniwersytetu w Arizonie, główna autorka artykułu przedstawiającego odkrycia Hubble'a. „Fakt, że widzimy uporządkowane rozmiary cząstek pyłu, może pomóc nam zrozumieć podstawową dynamikę dysków okołogwiazdowych”.
Dysk Vegi rzeczywiście ma subtelną szczelinę, około 60 AU (jednostek astronomicznych) od gwiazdy (dwukrotnie większą odległość Neptuna od Słońca), ale poza tym jest bardzo gładki na całej długości, aż do momentu, gdy zniknie w blasku gwiazdy. To pokazuje, że nie ma planet o masie co najmniej do Neptuna, krążących po dużych orbitach, jak w naszym Układzie Słonecznym, twierdzą naukowcy.
„Widzimy szczegółowo, jak duża jest różnorodność dysków okołogwiazdowych i jak ta różnorodność jest powiązana z leżącymi u jej podstaw układami planetarnymi. Dowiadujemy się wiele o układach planetarnych – nawet jeśli nie możemy zobaczyć, co może być ukrytymi planetami” – dodał Su. „W procesie powstawania planet wciąż pozostaje wiele niewiadomych i myślę, że te nowe obserwacje Vegi pomogą w udoskonaleniu modeli powstawania planet”.
Różnorodność dysku
Nowo powstające gwiazdy akreują materię z dysku pyłu i gazu, będącego spłaszczoną pozostałością obłoku, z którego powstają. W połowie lat 90. Hubble odkrył dyski wokół wielu nowo powstających gwiazd. Dyski są prawdopodobnie miejscami powstawania, migracji, a czasem i zniszczenia planet. W pełni dojrzałe gwiazdy, takie jak Vega, mają pyłowe dyski wzbogacone w wyniku ciągłych zderzeń „samochodów zderzakowych” pomiędzy krążącymi wokół asteroidami i pozostałościami parujących komet. Są to pierwotne ciała, które mogą przetrwać do obecnego wieku Vegi, wynoszącego 450 milionów lat (nasze Słońce jest około dziesięć razy starsze od Vegi). Pył w naszym Układzie Słonecznym (postrzegany jako światło zodiakalne) jest również uzupełniany przez mniejsze ciała wyrzucające pył z szybkością około 10 ton na sekundę. Pył ten jest przepychany przez planety. Zapewnia to strategię wykrywania planet krążących wokół innych gwiazd bez bezpośredniego ich oglądania – jedynie poprzez obserwację wpływu, jaki wywierają na pył.
„Vega nadal jest niezwykła” – powiedział Wolff. „Architektura układu Vega znacznie różni się od naszego Układu Słonecznego, w którym gigantyczne planety, takie jak Jowisz i Saturn, powstrzymują pył przed rozprzestrzenianiem się w sposób podobny do tego w przypadku Vegi”.
Dla porównania, pobliska gwiazda Fomalhaut znajduje się mniej więcej w tej samej odległości, wieku i temperaturze co Wega. Ale okołogwiazdowa architektura Fomalhauta znacznie różni się od architektury Vegi. Fomalhaut ma trzy zagnieżdżone pasy gruzu.
Sugeruje się, że planety to ciała pasterskie wokół Fomalhaut, które grawitacyjnie zwężają pył w pierścienie, chociaż żadna planeta nie została jeszcze jednoznacznie zidentyfikowana. „Biorąc pod uwagę fizyczne podobieństwo gwiazd Vegi i Fomalhaut, dlaczego wydaje się, że Fomalhaut był w stanie tworzyć planety, a Vega nie?” powiedział członek zespołu George Rieke z Uniwersytetu Arizony, członek zespołu badawczego. „Jaka jest różnica? Czy środowisko okołogwiazdowe, czy sama gwiazda stworzyło tę różnicę? Zagadkowe jest to, że w obu przypadkach działa ta sama fizyka” – dodał Wolff.
Pierwsza wskazówka dotycząca możliwych placów budowy planet
Położona w letniej konstelacji Lutni Vega jest jedną z najjaśniejszych gwiazd północnego nieba. Vega jest legendarna, ponieważ dostarczyła pierwszego dowodu na to, że materia krążąca wokół gwiazdy – prawdopodobnie materiał, z którego powstają planety – jest potencjalnym siedliskiem życia. Po raz pierwszy taką hipotezę postawił Immanuel Kant w 1775 r. Minęło jednak ponad 200 lat, zanim w 1984 r. zebrano pierwsze dowody obserwacyjne. Należący do NASA satelita IRAS (Infrared Astronomy Satellite) wykrył zaskakujący nadmiar światła podczerwonego pochodzącego z ciepłego pyłu. Zinterpretowano go jako powłokę lub dysk pyłu rozciągający się od gwiazdy na odległość dwukrotnie większą od promienia orbity Plutona.
W 2005 roku należący do NASA Kosmiczny Teleskop Spitzera na podczerwień sporządził mapę pierścienia pyłu wokół Vegi. Zostało to dodatkowo potwierdzone obserwacjami przy użyciu teleskopów submilimetrowych, w tym Obserwatorium Submilimetrowego Caltech na Mauna Kea na Hawajach, a także Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w Chile i Kosmicznego Teleskopu Herschela należącego do ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej), ale żaden z tych teleskopów widział wiele szczegółów. „Wspólne obserwacje Hubble'a i Webba dostarczają o wiele więcej szczegółów, że mówią nam coś zupełnie nowego o układzie Vega, czego nikt wcześniej nie wiedział” – powiedział Rieke.
Dwie prace (Wolff i in. oraz Su i in.) zespołu z Arizony zostaną opublikowane w The Astrophysical Journal.