Protoplanetarni disk
Ne treba miješati sa protoplanetarnom maglicom.
Protoplanetarni disk je rotirajući cirkumstelarni disk gustog plina i prašine koji okružuje mladu, novoformiranu zvijezdu, zvijezdu T Tauri ili Herbigovu Ae/Be zvijezdu. Protoplanetarni disk se ne može smatrati akrecionim diskom; iako su oni slični, akrecioni disk je topliji i okreće se mnogo brže, nagomilavajući materiju u centralno tijelo; nalazi se i kod crnih rupa, ne samo kod zvijezda. Taj proces ne treba miješati s procesom akrecije za koji se smatra da izgrađuje same planete. Spolja osvijetljeni fotoisparavajući protoplanetarni diskovi nazivaju se proplidi.
Protozvijezde se formiraju od molekularnih oblaka koji se sastoje prvenstveno od molekularnog vodika. Kada dio molekularnog oblaka dostigne kritičnu veličinu, masu ili gustinu, počinje se urušavati pod vlastitom gravitacijom. Kako taj urušavajući oblak, nazvan solarna maglica, postaje gušći, nasumična kretanja plina prvobitno prisutna u oblaku se usrednjavaju u korist smjera neto ugaonog momenta maglice. Očuvanje ugaonog momenta uzrokuje povećanje rotacije kako se radijus maglice smanjuje. To uzrokuje spljoštavanje oblaka - slično kao što se od tijesta formira ravna pizza - i poprimanje oblika diska. To se događa jer centripetalno ubrzanje iz orbitalnog kretanja opire gravitacijskoj sili zvijezde samo u radijalnom smjeru, ali oblak ostaje slobodan da se uruši u aksijalnom smjeru. Rezultat je formiranje tankog diska koji podržava pritisak plina u aksijalnom smjeru.[5] Početni kolaps traje više od 100.000 godina. Nakon tog vremena zvijezda dostiže površinsku temperaturu sličnu onoj zvijezde glavnog niza iste mase i postaje vidljiva.
Sada je to zvijezda tipa T Tauri. Akumulacija plina na zvijezdu nastavlja se još 10 miliona godina,[6] prije nego što disk nestane, možda otpuhan zvjezdanim vjetrom mlade zvijezde, ili možda jednostavno prestajući emitirati zračenje nakon završetka akrecije. Najstariji do sada otkriveni protoplanetarni disk star je 25 miliona godina.[7][8]
Protoplanetarni diskovi oko zvijezda tipa T Tauri razlikuju se od diskova koji okružuju primarne komponente bliskih binarnih sistema s obzirom na njihovu veličinu i temperaturu. Protoplanetarni diskovi imaju radijuse do 1000 AJ, a samo njihovi najunutarnji dijelovi dostižu temperature iznad 1000 K. Vrlo često ih prate mlazovi.
Protoplanetarni diskovi su uočeni oko nekoliko mladih zvijezda u našoj galaksiji. Posmatranja svemirskog teleskopa Hubble pokazala su da se proplidi i planetarni diskovi formiraju unutar Orionove maglice.[10][11]
Smatra se da su protoplanetarni diskovi tanke strukture, s tipičnom vertikalnom visinom mnogo manjom od radijusa i tipičnom masom mnogo manjom od centralne mlade zvijezde.[12]
Masom tipičnog protoplanetarnog diska dominira njegov plin; međutim, prisustvo zrnaca prašine ima glavnu ulogu u njegovoj evoluciji. Zrna prašine štite središnju ravan diska od energetskog zračenja iz svemira koje stvara mrtvu zonu u kojoj magnetorotacijska nestabilnost (MRI) više ne djeluje.[13][14]
Vjeruje se da se ovi diskovi sastoje od turbulentne ovojnice plazme, koja se također naziva aktivna zona, a koja okružuje široko područje mirujućeg plina nazvano mrtva zona.[14] Mrtva zona, koja se nalazi u srednjoj ravni, može usporiti protok materije kroz disk, što sprječava postizanje stabilnog stanja.
Nebularna teorija o formiranju Sunčevog sistema opisuje kako se smatra da su se protoplanetarni diskovi razvili u planetarne sisteme. Elektrostatičke i gravitacijske interakcije mogu uzrokovati akreciju zrnaca prašine i leda u disku u planetezimale. Taj proces se takmiči sa zvjezdanim vjetrom, koji istiskuje plin iz sistema, te gravitacijom (akrecija) i unutrašnjim naponima (viskoznost), koji uvlače materijal u centralnu zvijezdu tipa T Tauri. Planetezimali čine gradivne elemente i terestričkih i divovskih planeta.[16][17]
Vjeruje se da su neki od mjeseca Jupitera, Saturna i Urana nastali od manjih, cirkumplanetarnih analoga protoplanetarnih diskova.[18][19] Formiranje planeta i mjeseca u geometrijski tankim, plinom i prašinom bogatim diskovima razlog je zašto su planete raspoređene u ekliptičnoj ravni. Desetine miliona godina nakon formiranja Sunčevog sistema, unutrašnjih nekoliko astronomskih jedinica Sunčevog sistema vjerojatno je sadržavalo desetine tijela, veličine između Mjeseca i Marsa, koja su se nakupljala i konsolidirala u terestričke planete koje sada vidimo. Zemljin Mjesec se vjerojatno formirao nakon što je protoplaneta veličine Marsa koso udarila u protozemlju ~30 miliona godina nakon formiranja Sunčevog sistema.
Diskovi cirkumstelarne prašine siromašni plinom pronađeni su oko mnogih obližnjih zvijezda - od kojih većina ima starost u rasponu od ~10 miliona godina (npr. Beta Pictoris, 51 Ophiuchi) do nekoliko milijardi godina (npr. Tau Ceti). Ovi sistemi se obično nazivaju "diskovi krhotina". S obzirom na veću starost ovih zvijezda i kratak životni vijek zrnaca prašine mikrometarske veličine oko zvijezda zbog Poynting Robertsonovog otpora, sudara i pritiska zračenja (obično stotine do hiljade godina), smatra se da ova prašina potiče od sudara planetezimala (npr. asteroida, kometa). Stoga diskovi krhotina oko ovih primjera (npr. Vega, Alphecca, Fomalhaut, itd.) nisu "protoplanetarni", već predstavljaju kasniju fazu evolucije diska gdje su ekstrasolarni analozi asteroidnog pojasa i Kuiperovog pojasa dom sudara planetezimala, usljed čega se stvara prašina.
Na osnovu nedavnih studija kompjuterskih modela, kompleksne organske molekule neophodne za život mogle su se formirati u protoplanetarnom disku zrnaca prašine koja su okruživala Sunce prije formiranja Zemlje.[20] Prema tim istraživanjima, taj isti proces možda se također odvio i oko drugih zvijezda oko kojih su se formirale planete.[20]
Ilustracija dinamike proplida
20 protoplanetarnih diskova snimljenih Projektom visoke ugaone rezolucije (DSHARP).[21]
Protoplanetarni disk zvijezde AS 209 smješten je u mladoj regiji formiranja zvijezda zvanoj Zmijonosac.[23]
Posmatrajući prašnjave protoplanetarne diskove, naučnici istražuju prve korake u formiranju planeta.[25]
Koncentrični prstenovi oko mlade zvijezde HD 141569A, udaljene oko 370 svjetlosnih godina.[26]
Diskovi krhotina otkriveni na HST-ovim slikama mladih zvijezda, HD 141943 i HD 191089 - slike na vrhu; geometrija na dnu.[27]
Umjetnički prikaz protoplanetarnog diska.
Proplid u Orionovoj maglici.- Video prikazuje evoluciju diska oko mlade zvijezde poput HL Tauri (umjetnički prikaz).
Slika cirkumtrinarnog diska oko GW Orionis.[28]
Umjetnički prikaz protoplanetarnog diska
Komponente proplida 177-341W u Orionovoj maglici posmatrane pomoću VLT MUSE, pokazujući front jonizacije, protoplanetarni disk i rep.[29]
HOPS-315, planetarni sistem u fazi formiranja koji pokazuje dokaze o najranijim fazama formiranja planeta.
- Akrecioni disk
- Cirkumplanetarni disk – akumulacija materije oko planete
- Disk krhotina
- Vjetar diska – materijal izbačen iz diska
- Perturbirana planeta
- Egzosteroid
- Formiranje Sunčevog sistema
- Herbig-Haro objekt
- Nebularna teorija
- Q-PACE – misija sa svemirskom letjelicom za proučavanje akrecije
- Planetarni sistem
- ↑ Johnathan Webb (2014-11-06). „Planet formation captured in photo”. BBC.
- ↑ „Birth of Planets Revealed in Astonishing Detail in ALMA's 'Best Image Ever'”. NRAO. 2014-11-06. Arhivirano iz originala na datum 2014-11-06.
- ↑ „Early Evolution of Planetary Disk Structures Seen for the First Time”. National Radio Astronomy Observatory. Pristupljeno 18 February 2024.
- ↑ Mamajek, E.E.; Usuda, Tomonori; Tamura, Motohide; Ishii, Miki (2009). „Initial Conditions of Planet Formation: Lifetimes of Primordial Disks”. AIP Conference Proceedings 1158: 3–10. arXiv:0906.5011. Bibcode 2009AIPC.1158....3M. DOI:10.1063/1.3215910.
- ↑ Pringle, J.E. (1981). „Accretion discs in astrophysics”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 19: 137–162. Bibcode 1981ARA&A..19..137P. DOI:10.1146/annurev.aa.19.090181.001033.
- ↑ Mamajek, E.E.; Meyer, M.R.; Hinz, P.M.; Hoffmann, W.F.; Cohen, M.; Hora, J.L. (2004). „Constraining the Lifetime of Circumstellar Disks in the Terrestrial Planet Zone: A Mid-Infrared Survey of the 30 Myr old Tucana-Horologium Association”. The Astrophysical Journal 612 (1): 496–510. arXiv:astro-ph/0405271. Bibcode 2004ApJ...612..496M. DOI:10.1086/422550.
- ↑ White, R.J.; Hillenbrand, L.A. (2005). „A Long-lived Accretion Disk around a Lithium-depleted Binary T Tauri Star”. The Astrophysical Journal 621 (1): L65–L68. arXiv:astro-ph/0501307. Bibcode 2005ApJ...621L..65W. DOI:10.1086/428752.
- ↑ Cain, Fraser; Hartmann, Lee (3 August 2005). „Planetary Disk That Refuses to Grow Up (Interview with Lee Hartmann about the discovery)”. Universe Today. Pristupljeno 1 June 2013.
- ↑ „Protoplanetary Disk: Simulated Spiral Arm vs. Observational Data”. Pristupljeno 30 October 2015.
- ↑ Ricci, L.; Robberto, M.; Soderblom, D. R. (2008). „Thehubble Space Telescope/Advanced Camera for Surveys Atlas of Protoplanetary Disks in the Great Orion Nebula”. The Astronomical Journal 136 (5): 2136–2151. Bibcode 2008AJ....136.2136R. DOI:10.1088/0004-6256/136/5/2136. ISSN 0004-6256.
- ↑ O'dell, C. R.; Wong, Kwan (1996). „Hubble Space Telescope Mapping of the Orion Nebula. I. A Survey of Stars and Compact Objects”. The Astronomical Journal 111: 846. Bibcode 1996AJ....111..846O. DOI:10.1086/117832. ISSN 0004-6256.
- ↑ Armitage, Philip J. (2011). „Dynamics of Protoplanetary Disks”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49 (1): 195–236. arXiv:1011.1496. Bibcode 2011ARA&A..49..195A. DOI:10.1146/annurev-astro-081710-102521.
- ↑ Balbus, Steven A.; Hawley, John F. (1991). „A powerful local shear instability in weakly magnetized disks. I - Linear analysis. II - Nonlinear evolution”. Astrophysical Journal 376: 214–233. Bibcode 1991ApJ...376..214B. DOI:10.1086/170270. Arhivirano iz originala na datum 2020-12-02.
- 1 2 Gammie, Charles (1996). „Layered Accretion In T Tauri Disks”. Astrophysical Journal 457: 355. Bibcode 1996ApJ...457..355G. DOI:10.1086/176735. Arhivirano iz originala na datum 2021-11-17.
- ↑ „Stellar Outburst Brings Water Snow Line Into View”. Pristupljeno 15 July 2016.
- ↑ Lissauer, J. J.; Hubickyj, O.; D'Angelo, G.; Bodenheimer, P. (2009). „Models of Jupiter's growth incorporating thermal and hydrodynamic constraints”. Icarus 199 (2): 338–350. arXiv:0810.5186. Bibcode 2009Icar..199..338L. DOI:10.1016/j.icarus.2008.10.004.
- ↑ D'Angelo, G.; Weidenschilling, S. J.; Lissauer, J. J.; Bodenheimer, P. (2014). „Growth of Jupiter: Enhancement of core accretion by a voluminous low-mass envelope”. Icarus 241: 298–312. arXiv:1405.7305. Bibcode 2014Icar..241..298D. DOI:10.1016/j.icarus.2014.06.029.
- ↑ Canup, Robin M.; Ward, William R. (2008-12-30). Origin of Europa and the Galilean Satellites. University of Arizona Press. str. 59. arXiv:0812.4995. Bibcode 2009euro.book...59C. ISBN 978-0-8165-2844-8.
- ↑ D'Angelo, G.; Podolak, M. (2015). „Capture and Evolution of Planetesimals in Circumjovian Disks”. The Astrophysical Journal 806 (1): 29pp. arXiv:1504.04364. Bibcode 2015ApJ...806..203D. DOI:10.1088/0004-637X/806/2/203.
- 1 2 Moskowitz, Clara (29 March 2012). „Life's Building Blocks May Have Formed in Dust Around Young Sun”. Space.com. Pristupljeno 30 March 2012.
- ↑ „Pitch perfect in DSHARP at ALMA” (en). www.eso.org. Pristupljeno 28 January 2019.
- ↑ „Hubble reveals cosmic Bat Shadow in the Serpent's Tail”. www.spacetelescope.org. Pristupljeno 5 November 2018.
- ↑ „Young planet creates a scene”. www.eso.org. Pristupljeno 26 February 2018.
- ↑ „Feeding a Baby Star with a Dusty Hamburger”. www.eso.org. Pristupljeno 15 May 2017.
- ↑ „Spring Cleaning in an Infant Star System”. www.eso.org. Pristupljeno 3 April 2017.
- ↑ „Boulevard of Broken Rings”. Pristupljeno 21 June 2016.
- ↑ Harrington, J.D.; Villard, Ray (24 April 2014). „RELEASE 14-114 Astronomical Forensics Uncover Planetary Disks in NASA's Hubble Archive”. NASA. Arhivirano iz originala na datum 2014-04-25. Pristupljeno 2014-04-25.
- ↑ Bi, Jiaqing i dr.. (2020). „GW Ori: Interactions between a Triple-star System and Its Circumtriple Disk in Action”. The Astrophysical Journal 895 (1): L18. arXiv:2004.03135. Bibcode 2020ApJ...895L..18B. DOI:10.3847/2041-8213/ab8eb4.
- ↑ Aru, Mari-Liis; Mauco, Karina; Manara, Carlo F. (December 2024). „A tell-tale tracer for externally irradiated protoplanetary disks: Comparing the [C I 8727 Å line and ALMA observations in proplyds”]. Astronomy & Astrophysics 692: A137. arXiv:2410.21018. DOI:10.1051/0004-6361/202451737.
- Davis, Sanford S. (2006). „A New Model for Water Vapor and Ice Abundance in a Protoplanetary Nebula”. American Astronomical Society, DPS Meeting #38, #66.07 38: 617. Bibcode 2006DPS....38.6607D..
- Barrado y Navascues, D. (1998). „The Castor moving group: The age of Fomalhaut and Vega”. Astronomy and Astrophysics 339 (3): 831–839. arXiv:astro-ph/9905243. Bibcode 1998A&A...339..831B. Arhivirano iz originala na datum 2007-09-29. Pristupljeno 2007-06-22.
- Kalas, Paul; Graham, J.; Clampin, M. (2005). „A planetary system as the origin of structure in Fomalhaut's dust belt”. Nature 435 (7045): 1067–70. arXiv:astro-ph/0506574. Bibcode 2005Natur.435.1067K. DOI:10.1038/nature03601. PMID 15973402.
- Williams, J. P.; Cieza, L. A. (2011). „Protoplanetary Disks and Their Evolution”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49 (1): 67–117. arXiv:1103.0556. Bibcode 2011ARA&A..49...67W. DOI:10.1146/annurev-astro-081710-102548.
- Armitage, P. J. (2011). „Dynamics of Protoplanetary Disks”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 49 (1): 195–236. arXiv:1011.1496. Bibcode 2011ARA&A..49..195A. DOI:10.1146/annurev-astro-081710-102521.
- ↑ „Home | Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian”. www.cfa.harvard.edu. Pristupljeno 2024-08-01.