Astronomi su pomoću svemirskog teleskopa James Webb proučili mlade planetarne sustave u kojima se događaju snažni sudari planetarnih tijela. Takva opažanja mogla bi pomoći u razumijevanju procesa koji su oblikovali i naš Sunčev sustav, uključujući hipotetski sudar Zemlje s tijelom veličine Marsa nazvanim Teja od kojeg je prema vodećoj hipotezi nastao Mjesec.

Mladi planetarni sustavi poznati su po turbulentnim uvjetima. Mlade zvijezde okružene su diskovima plina i prašine u kojima se sitna tijela, takozvani planetezimali, sudaraju i spajaju te postupno stvaraju planete. NASA-in sada umirovljeni teleskop Spitzer ranije je otkrio posebnu skupinu protoplanetarnih sustava poznatu kao ekstremni diskovi krhotina. U njima se nalazi neuobičajeno velika količina tople prašine blizu mlade zvijezde, na području koje približno odgovara zoni u kojoj se u našem Sunčevu sustavu nalaze stjenoviti planeti.

Takvi su sustavi vrlo rijetki. Znanstvenici procjenjuju da skupini, u kojoj je jednom pripadalo i naše Sunce, pripada samo jedan posto zvijezda.

Tim predvođen Kate Su iz Space Science Institutea u Boulderu proučio je 21 ekstremni disk krhotina. Četiri od pet ranije zabilježenih sustava iz Spitzerove arhive ponovno su proučena, dok je teleskop James Webb promatrao još 16 sustava, uključujući 12 koji prije nisu bili detaljno proučeni. 'Ovo je prvi put da imamo dovoljno sustava da doista razumijemo ovu podskupinu', rekla je Su.

Tri zajednička svojstva

Istraživači su uočili tri karakteristike koje se pojavljuju kod ekstremnih diskova krhotina: sadrže manja zrnca prašine od klasičnih protoplanetarnih diskova, imaju veliku koncentraciju tople prašine te pokazuju nepravilne promjene sjaja.

Kako bi otkrili što uzrokuje ta svojstva, znanstvenici su analizirali minerale od kojih su diskovi sastavljeni. Pokazalo se da se mogu podijeliti na one bogate silicijevim dioksidom i one s manjom količinom silicijevog dioksida.

Sastav im omogućuje zaključivanje o vrsti sudara koji se događaju u tim sustavima i stvaraju materijal raspršen nakon udara. Takvi sudari mogli bi objasniti i promjene sjaja diskova. James Webb je pritom omogućio analizu infracrvenog zračenja i spektralnih obilježja prašine, što je istraživačima omogućilo određivanje njezina sastava. Izravno proučavanje samih planetarnih embrija nije moguće jer su premali za takva opažanja.

Dvije vrste sudara

Istraživači smatraju da diskovi bogati silicijevim dioksidom nastaju nakon vrlo snažnih sudara tijela veličine Marsa, pri kojima se velik dio materijala isparava. Diskovi s manje silicijevog dioksida, prema njihovu modelu, nastaju nakon manje energičnih sudara približno tijela veličine Mjeseca koja se međusobno okrznu.

Oko trećine proučenih ekstremnih diskova bilo je bogato silicijevim dioksidom. Takvi su diskovi pronađeni isključivo oko zvijezda mlađih od 300 milijuna godina, piše Space.

Diskovi s manjom količinom silicijevog dioksida pojavljuju se oko zvijezda različite starosti i često pokazuju veće promjene sjaja. Istraživači smatraju da bi uzrok tome mogao biti brz razvoj svježe nastalih krhotina kroz nove sudare i promjene orbita tijela u sustavu.

Što to govori o ranom Sunčevu sustavu?

Rezultati se mogu primijeniti i na razumijevanje razvoja Sunčeva sustava tijekom posljednjih 4,6 milijardi godina.

Simulacije najranije faze Sunčeva sustava pokazuju da su se stjenoviti planeti poput Zemlje trebali formirati tijekom prvih nekoliko stotina milijuna godina. To se podudara sa starošću ekstremnih diskova bogatih silicijevim dioksidom, a također odgovara procjenama da su Zemlja i Mjesec nastali približno 100 milijuna godina nakon formiranja Sunca.

Istraživači smatraju da je Sunčev sustav vjerojatno prošao i kroz fazu ekstremnog diska s manje silicijevog dioksida tijekom razdoblja poznatog kao Kasno teško bombardiranje. U tom su razdoblju, prema jednoj od teorija, sudari mogli pridonijeti migraciji plinovitih divova iz područja bližih Suncu prema njihovim današnjim orbitama.

Proučavanje ekstremnih diskova tako povezuje dva važna dijela razvoja planetarnih sustava - nastanak stjenovitih planeta i evoluciju divovskih planeta. Istraživanje je objavljeno 1. listopada u časopisu The Astrophysical Journal.