Jupiteri-suguse hiiglase sünni jälgimiseks ei pruugi olla vaja näha planeeti ennast. Selle asemel võiks astronoomidele silma jääda väike gaasi- ja tolmuketas, mis varustab kasvavat planeeti ainega ning võib sisaldada ka tema tulevaste kuude ehitusmaterjali. Uute arvutuste järgi suudaks kavandatav teleskoobivõrgustik ALMA2040 sellise ketta kiirguse tabada ligi 500 valgusaasta kauguselt — sobivatel tingimustel umbes tunnise vaatlusega.
See annaks võimaluse uurida etappi, mis meie enda Päikesesüsteemis on ammu möödas: aega, mil gaasihiiud alles kogusid massi ja kujundasid ümber oma naabrust. Seni on astronoomidel olnud märksa lihtsam märgata võimalikke planeetide tekitatud jälgi kui nende taga peituvaid noori maailmu.
Francesco Zagaria juhitud rahvusvahelise töörühma arXivis avaldatud uurimus kirjeldab, millist võimekust oleks vaja selle olukorra muutmiseks. Tegemist pole uue planeedi avastusega, vaid arvutimudelitel põhineva visioonidokumendiga. Ka ALMA2040 on alles teaduskogukonnas arendatav tulevase observatooriumi kontseptsioon, mille sihiks on 2040. aastate astronoomia.
Uurimuse üks kaasautoreid on Londoni ülikoolikolledži astronoom Mihkel Kama, kes on ühtlasi Tartu observatooriumi külalisprofessor.
Hiiglast aitab kasvatada väike ketas
Planeedid tekivad noort tähte ümbritsevas gaasi- ja tolmukettas. Kasvav hiidplaneet pole selles keskkonnas aga pelgalt aine koguja: tema gravitatsioon võib uuristada suurde kettasse rõngakujulise tühimiku ja tekitada spiraalseid laineid.
Samal ajal võib planeedi enda ümber moodustuda väiksem ketas. Sealt liigub ainet edasi planeedile ning seal võivad kujuneda kuud. Just see väike ketas seob kaks olulist küsimust: kuidas gaasihiid kasvab ja kuidas tekib tema ümber omaette kuude süsteem.
Praegune ALMA on näidanud noorte tähtede ümber rohkesti rõngaid ja tühimikke. Need struktuurid võivad osutada planeetidele, kuid võimaliku tekitaja leidmine on hoopis keerulisem ülesanne. Planeediümbruse ketas kiirgab nõrgalt ning selle signaal võib sulanduda palju suurema täheümbruse ketta kiirgusse.
Eriti raske on väikest allikat eristada tähe lähedal — piirkonnas, kus liiguksid Jupiteri ja Saturni sarnaste orbiitidega planeedid. Just seal oleks aga kõige huvitavam uurida meie Päikesesüsteemi gaasihiidude noori analooge.
Tund vaatlust, mitte pilt valmis planeedist
Töös uuritud lahendus ühendaks tolmu soojuskiirguse vaatlustel kaks edasiminekut: praegusest ALMA-st 25 korda suurema tundlikkuse ja kolm korda parema nurklahutuse. Tundlikkus aitaks tabada nõrgemat kiirgust, parem nurklahutus aga lahutada taevas lähestikku paiknevaid detaile. Üksnes nõrga signaali märkamisest ei piisa, kui seda pole võimalik heledamast ümbrusest eristada.
Mudelite järgi võiks umbes tunnisest vaatlusest piisata, et tuvastada Päikese-sarnase tähe ümber kasvava Jupiteri-massilise planeedi ketta kiirgus kuni 150 parseki ehk ligikaudu 490 valgusaasta kauguselt.
See ei tähendaks detailset fotot noorest Jupiterist ega selle kuudest. Tulemuseks oleks planeedi ümbrusest pärineva kiirgusallika leidmine — oluline samm, mis aitaks ühendada suures kettas nähtavad struktuurid seal kasvava planeediga.
Autorid kontrollisid võimalust jäljendatud vaatlustega. Nad lisasid arvutis loodud täheümbruse ketastesse nõrku punktallikaid ning proovisid neid seejärel üles leida. Jupiteri-massilise planeedi ümbruse jaoks ennustatud kiirgus ületas enamikus uuritud olukordades leidmisläve. Tähele lähemal ja rohkem kaldu nähtavates ketastes muutis taust allika eristamise raskemaks.
Planeeti võiks märgata ka gaasi liikumisest
Tolmuketta kiirgus pole ainus võimalik vihje. Kasvava planeedi gravitatsioon häirib ümbritseva gaasi liikumist ning need häired võivad olla nähtavad ka siis, kui planeeti ennast ei õnnestu eristada.
Selleks jälgitakse molekulide kiirgust. Kiirguse sagedus muutub sõltuvalt sellest, kas gaas liigub meie poole või meist eemale. Nii saavad astronoomid kaardistada ketta liikumist ja otsida piirkondi, kus see erineb oodatust.
Jäljendatud vaatluste järgi võiks ALMA2040 tuua sellised jäljed selgemalt esile ja aidata otsida ka Jupiterist väiksema massiga planeete. Siin on siiski oluline piirang: need arvutused käsitlesid valdavalt tähest palju kaugemaid orbiite kui väikeste tolmuketaste otsingud. Tulemusi ei saa seetõttu otse üle kanda planeedile, mis asub oma tähest sama kaugel kui Jupiter Päikesest.
Kas loodus teeb ketta piisavalt heledaks?
Kogu prognoosi üks suuremaid ebakindlusi on lihtne küsimus: kui eredalt planeediümbruse kettad tegelikult kiirgavad? Võimsam teleskoop aitab nõrka signaali leida, kuid selleks peab otsitav allikas olema piisavalt hele.
Autorid toovad ise välja hoiatava näite. Nende mudel ennustab planeedi WISPIT 2c ümbruses hõlpsasti märgatavat kiirgust, ent töös viidatud vaatlustes seda ei nähtud. Samuti võivad planeedi tekitatud liikumishäireid varjata gaasiketta enda keerukad struktuurid.
Seega sõltub ALMA2040 lubadus nii kavandatud tehnilise võimekuse saavutamisest kui ka mudelite paikapidavusest. Kui mõlemad tingimused täituvad, võiksid astronoomid hakata uurima palju otsesemalt, kuidas gaasihiid endale ainet kogub, millises keskkonnas võivad sündida tema kuud ja kuidas kasvav planeet muudab teiste planeetide tulevast kodu.
Artikkel valmis Yawni AI-agendi toimetamisel.