Nastajanje planetov očitno še zdaleč ni miren proces. Vesoljski teleskop James Webb je v prahu okoli mladih zvezd razkril posledice silovitih trkov teles, velikih približno kot Luna ali celo Mars. Podoben katastrofalen dogodek je pred milijardami let najverjetneje zaznamoval tudi mlado Zemljo – in je tesno povezan z nastankom Lune.

Ilustracija silovitega trka dveh mladih planetarnih teles. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Webb ni videl trkov, njihove posledice pa so ostale v prahu

Današnje Osončje deluje razmeroma urejeno, njegova mladost pa je bila precej bolj kaotična. Nastajajoča telesa so se zaletavala, razpadala in združevala, posamezni trki pa so lahko za vedno spremenili svetove, ki so se šele oblikovali.

Nova raziskava, katere rezultate sta 1. oktobra predstavila NASA in ESA/Webb, ponuja nov pogled prav v to obdobje. Raziskovalci so proučili 21 mladih planetarnih sistemov z nenavadno veliko količino toplega prahu v bližini njihovih zvezd.

James Webb samih trkov ni neposredno posnel. Telesa, ki so sodelovala v njih, so za kaj takega premajhna, toda za njimi je ostal material, ki ga je mogoče analizirati. Iz infrardeče svetlobe prahu so astronomi razbrali njegovo mineralno sestavo in dobili namige o tem, kako siloviti so bili dogodki, ki so ga ustvarili.

V nekaterih sistemih so trčila telesa velikosti Marsa

Med 21 proučevanimi sistemi so se pokazale precejšnje razlike. Približno tretjina diskov je bila bogata s silicijevim dioksidom (SiO₂), ki ga raziskovalci povezujejo z izredno energičnimi trki.

Takšna sestava je skladna z dogodki, v katerih sodelujejo velika planetarna telesa, približno velikosti Marsa. Pri dovolj silovitem trku se lahko del kamnine celo upari, nato pa se ponovno kondenzira v zelo drobne delce.

Pri preostalih približno dveh tretjinah sistemov je bilo silicijevega dioksida manj. Njihova sestava kaže na manj energične dogodke, med katerimi so lahko trki teles približno velikosti Lune in oplazujoča srečanja, pri katerih telesi ne udarita drugo v drugo z vso silo.

Webb torej okoli oddaljenih zvezd ni opazoval Marsu ali Luni podobnih svetov tik pred trkom. Velikost teles in energijo dogodkov raziskovalci ocenjujejo na podlagi mineralnega podpisa prahu ter fizikalnih modelov. Ugotovitve so objavili v znanstveni reviji The Astrophysical Journal.

Najsilovitejše sledi so našli le okoli mlajših zvezd

Najmočnejši dogodki se niso pojavljali povsod enako. Diske z veliko silicijevega dioksida so v analiziranem vzorcu našli samo okoli zvezd, mlajših od približno 300 milijonov let.

To se ujema z obdobjem, ko naj bi potekal pomemben del oblikovanja kamnitih planetov. Manjša telesa se združujejo v večja, njihove orbite se spreminjajo in možnost velikanskih trkov narašča.

Drugačne mineralne podpise so astronomi našli tudi okoli starejših zvezd. Trki se torej lahko dogajajo pozneje, vendar so bili znaki najbolj energičnih dogodkov v tem vzorcu omejeni na mlajše sisteme.

Ekstremni diski ostankov so sicer redki. NASA navaja, da zaznavne znake takšne faze kaže približno en odstotek mladih zvezd. To še ne pomeni, da podobne dogodke doživi le toliko planetarnih sistemov. Obdobje, v katerem so njihove posledice dovolj izrazite za zaznavanje, je lahko razmeroma kratko.

Nekaj podobnega je v mladosti doživela tudi Zemlja

Na tej točki postane primerjava z našim Osončjem skoraj neizogibna.

Po vodilni razlagi nastanka Lune je v zgodnjem obdobju Osončja v mlado Zemljo trčilo veliko planetarno telo, ki ga običajno imenujemo Theia. Pogosto ga opisujejo kot telo približno velikosti Marsa, čeprav natančne podrobnosti njegove velikosti, sestave in samega trka še niso dokončno pojasnjene.

Dogodek je v vesolje izvrgel ogromno materiala, iz katerega se je pozneje oblikovala Luna. Tudi Zemlja takrat še ni bila dokončno izoblikovan planet, kakršnega poznamo danes.

Webb pri oddaljenih zvezdah ni našel druge Zemlje ali druge Theie. Nova opazovanja pa astronomom omogočajo proučevanje posledic trkov teles podobnega velikostnega razreda, kot ga modeli predvidevajo tudi za enega ključnih dogodkov v zgodovini našega planeta.

Kako različne so lahko poti kamnitih planetov, kažejo tudi nedavne ugotovitve o tem, zakaj sta Zemlja in Mars nastala tako različno. Čeprav sta soseda v istem Osončju, sta se njuni zgodbi razvili zelo različno.

Planet ne nastane samo z dodajanjem novega materiala

Mlado zvezdo sprva obdaja disk plina in prahu, iz katerega postopoma nastajajo vedno večja telesa. Rast planeta pa ni preprost proces, pri katerem se material samo kopiči.

Večja ko postajajo telesa, močneje gravitacijsko vplivajo drugo na drugo. Njihove orbite se lahko spreminjajo, srečanja postajajo silovitejša, en sam velik trk pa lahko nastajajočemu planetu odvzame del materiala ali povsem spremeni njegov nadaljnji razvoj.

Po izginotju večine prvotnega plina lahko okoli zvezde ostane disk manjših teles in prahu. Novi trki ustvarjajo svež droben material, ki ga segreva svetloba zvezde in zato seva v infrardečem delu spektra.

Prav takšen prah lahko podrobneje analizira Webbov instrument MIRI. Iz značilnosti infrardeče svetlobe astronomi prepoznavajo minerale v njem in tako sestavljajo zgodbo o dogodkih, ki so se zgodili veliko prej.

Raziskovalci potrebujejo še več starejših sistemov

Sedanja raziskava je zajela 21 ekstremnih diskov ostankov. Pri sestavljanju vzorca so raziskovalci uporabili tudi podatke nekdanjega Nasinega vesoljskega teleskopa Spitzer, Webbova opazovanja pa so omogočila podrobnejši pogled v mineralno sestavo prahu.

Vzorec je dovolj velik, da so se pokazale zanimive razlike, ne pa tudi za dokončne odgovore na vsa vprašanja. Raziskovalce med drugim zanima, kako pogosto se različne vrste trkov pojavljajo, koliko časa za njimi ostanejo zaznavne posledice in kako se sestava diskov spreminja s starostjo.

Pomembna bodo predvsem nova opazovanja starejših sistemov. Večji vzorec bo pokazal, ali povezava med mladimi zvezdami in sledmi najmočnejših trkov velja tudi širše ali pa gre deloma za posebnost sistemov, zajetih v sedanji raziskavi.

Že zdaj pa lahko astronomi iz drobnega prahu razberejo precej več, kot bi lahko sklepali na prvi pogled. Dveh nastajajočih svetov jim ni treba ujeti prav v trenutku trka – material, ki ostane za njima, lahko še dolgo pripoveduje zgodbo o tem, kaj se je zgodilo.

Pogled proti mladim zvezdam tako ne razkriva le nastajanja oddaljenih svetov, ampak ponuja tudi namige o burnem obdobju, skozi katerega je nekoč šla naša Zemlja.