VLTI detekoval zodiakální světlo u cizí hvězdy
Redakce, Úterý, 18. Listopad 2014
Díky použití plného výkonu interferometru VLTI (Very Large Telescope Interferometer) se mezinárodnímu týmu astronomů podařilo objevit zodiakální světlo zasahující obyvatelnou zónu v devíti nedalekých extrasolárních planetárních systémech. Zodiakální světlo je záření centrální hvězdy odražené od prachových částic, které vznikly následkem kolizí planetek nebo se uvolnily v důsledku kometární aktivity z jader komet. Přítomnost takto velkého množství prachu ve vnitřních oblastech planetárních systémů kolem některých hvězd by mohla být v budoucnosti překážkou při přímém zobrazování malých extrasolárních planet.
Snímek zachycuje zodiakální světlo, svit ve tvaru trojúhelníku, který je nejlépe pozorovatelný na tmavé noční obloze bez rušivého světla Měsíce nebo světelného znečištění. Snímek byl pořízen na observatoři La Silla v Chile v září 2009. Zachycuje pohled na západ několik minut po západu Slunce. V údolích pod La Silla (s nadmořskou výškou 2400 m) se drží nízká oblačnost. Z oblačnosti vyčnívají i okolní vrcholky. Zodiakální svit je sluneční světlo odražené od prachových částic ležících mezi Zemí a Sluncem. Nelépe je možné je pozorovat krátce po západu nebo před východem Slunce. Jak již název napovídá, tato nebeská záře v podobě prstence obepíná takzvaná zodiakální souhvězdí. Ta se nacházejí podél ekliptiky, která představuje zdánlivou cestu Slunce po zemské obloze.
Astronomové využil interferometr VLTI [1] pracující v oblasti infračerveného záření k pozorování 92 nedalekých hvězd. Jejich cílem bylo zkoumat exo-zodiakální světlo prachových částic o vysoké teplotě nacházejících se v takzvané obyvatelné zóně kolem těchto hvězd a doplnit tak již dříve provedená pozorování [2]. Jasné zodiakální světlo vznikající díky záření prachových zrn nebo odrazem světla hvězdy od těchto zrn, se podařilo pozorovat u devíti zkoumaných stálic.
Za temné a jasné noci na Zemi vypadá zodiakální světlo jako slabá bílá difúzní záře, kterou je možné na obloze pozorovat na konci soumraku a na začátku rozbřesku. Vzniká díky odrazu slunečního záření od drobných prachových částic a zdánlivě vychází z blízkého okolí Slunce. Tuto záři je možné pozorovat z kteréhokoliv místa Sluneční soustavy, nejen ze Země.
Záře zkoumaná v této nové studii je mnohem intenzivnější variantou téhož jevu. Zatímco exo-zodiakální světlo – zodiakální světlo v extrasolárních systémech – již bylo v minulosti pozorováno, v této práci vědci provedli první rozsáhlý systematický průzkum výskytu tohoto jevu u blízkých hvězd.
Na rozdíl od předchozích studií však astronomové nepozorovali prach, který se následně zformuje do podoby planet, ale prachové částice vzniklé následkem kolizí mezi malými planetesilálami o průměru několika kilometrů – tedy objektů, které jsou podobné planetkám a kometám Sluneční soustavy. Tento druh prachu je i ve Sluneční soustavě zodpovědný za vznik zodiakálního světla.
„Pokud chceme zkoumat vývoj Zemi podobných planet vyskytujících se poblíž obyvatelné zóny svých hvězd, potřebujeme také pozorovat prach v této oblasti,“ říká Steve Ertl (ESO a University of Grenoble, Francie), hlavní autor článku. „Detekce a průzkum vlastností tohoto typu prachu u jiných hvězd je způsob, jak zkoumat strukturu a vývoj planetárních systémů.“
Zachycení slabého svitu prachu nedaleko od oslepující záře mateřské hvězdy vyžaduje pozorování s velmi vysokým rozlišením a kontrastem. Infračervená interferometrie – tedy kombinace světla získaného ve stejném čase několika různými dalekohledy – je dosud jedinou technikou, která takový typ pozorování umožňuje.
S využitím schopností interferometru VLTI až na hranici fyzikálních možností přístroje pokud jde o přesnost a efektivitu se členům týmu podařilo dosáhnout asi desetkrát lepšího výkonu než mají jiná srovnatelná zařízení světa.
Při pozorování každé z hvězd vědci využili k přívodu světla do VLTI pomocné teleskopy (Auxiliary Telescopes) o průměru 1,8 m. Tam, kde bylo přítomné silné zodiakální světlo, tam se jim podařilo jednoznačně rozlišit rozsáhlý prachový disk a oddělit jeho slabé světlo od dominantní záře centrální hvězdy [3].
Při analýze vlastností hvězd obklopených diskem zodiakálního prachu se členům týmu podařilo objevit, že se tento prach většinou vyskytuje v okolí starších hvězd. To však byl velmi překvapivý výsledek, který přináší řadu nových otázek, týkajících se našeho chápání planetárních systémů. Intenzita procesů, při kterých dochází k produkci prachu prostřednictvím kolizí, by měla s časem slábnout, jelikož postupně klesá počet planetesimál.
Vzorek sledovaných objektů obsahuje také 14 hvězd, u kterých byla oznámena rovněž detekce exoplanet. Všechny tyto planety se nacházejí ve stejné oblasti systému, jako oblak prachu způsobující zodiakální světlo. A přítomnost prachu v takových systémech může v budoucnu přinést značné obtíže při zkoumání exoplanet.
I slabé záření zodiakálního světla značně sníží šanci na detekci malých Zemi podobných exoplanet prostřednictvím přímého zobrazení. Zodiakální světlo detekované v rámci této přehlídky je až 1000krát jasnější než zodiakální světlo, které známe ze Země. Počet hvězd, u kterých se vyskytuje zodiakální světlo na podobné úrovni jako ve Sluneční soustavě je ve skutečnosti jistě mnohonásobně větší, než se podařilo odhalit v rámci této práce. Provedená pozorování tedy představují pouze první krok při detailním výzkumu tohoto fenoménu.
„Vysoký počet nalezených systémů s takto jasným zodiakálním světlem ukazuje, že ještě větší počet soustav musí obsahovat slabší prachové oblaky, nedetekovatelné v rámci naší přehlídky, ale stále výrazně jasnější než ve Sluneční soustavě,“ vysvětluje spoluautor článku Olivier Absil (University of Liège). „Přítomnost tohoto typu prachu v tak vysokém počtu systémů může představovat značnou překážku pro budoucí pozorování, jejichž cílem bude přímé zobrazení exoplanet o velikosti Země.“
Poznámky
[1] Vědci využili hostující přistroj PIONIER, který umožňuje interferometricky propojit všechny čtyři pomocné dalekohledy (Auxiliary Telescopes) nebo případně všechny čtyři hlavní dalekohledy (Unit Telescopes) systému VLT na observatoři Paranal. Tím je přístroj schopen dosáhnout jednak velmi vysokého rozlišení ale také vysoké efektivity pozorování.
[2] Předešlá pozorování byla provedena přístrojem CHARA – interferometr pro optickou oblast, který provozuje Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) na Georgia State University, vybavený vláknovým slučovačem svazku FLUOR.
[3] Vedlejším produktem těchto pozorování je také objev několika nových hvězdných souputníků obíhajících kolem některých hmotnějších hvězd ve sledovaném vzorku. „Tyto nové hvězdy ukazují, že bychom měli revidovat naše současné odhady množství dvojhvězd mezi hvězdami tohoto typu,“ říká Lindsay Marion, hlavní autorka doprovodného článku věnovaného této doplňkové práci založené na analýze stejných dat.
Překlad Jiří Srba.
