ALMA rzuca światło na planetotwórcze strumienie gazu

Artystyczna wizja dysku ze strumieniami gazu wokół gwiazdy HD 142527
Artystyczna wizja dysku ze strumieniami gazu wokół gwiazdy HD 142527.
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser (ESO)/Nick Risinger (skysurvey.org)

Astronomowie korzystający z teleskopu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) po raz pierwszy zaobserwowali kluczowy etap narodzin olbrzymich planet. Wielkie strumienie gazu przepływają przez przerwę w dysku materii wokół młodej gwiazdy. Są to pierwsze bezpośrednie obserwacje tego typu strumieni, o których przypuszcza się, że są tworzone przez olbrzymie planety pochłaniające gaz w ramach zwiększania swoich rozmiarów. Wyniki badań ukazały się 2 stycznia 2013 roku w czasopiśmie „Nature”.

Międzynarodowy zespół astronomów zbadał młodą gwiazdą HD 142527, znajdującą się ponad 450 lat świetlnych od Ziemi i otoczoną przez dysk gazu i kosmicznego pyłu – pozostałości obłoku, z którego powstała gwiazda. Pyłowy dysk jest rozdzielony przerwą na części wewnętrzną i zewnętrzną. Naukowcy sądzą, że przerwa została utworzona przez nowo powstałego gazowego olbrzyma planetarnego, który czyści otoczenie swojej orbity gdy okrąża gwiazdę. Wewnętrzny dysk rozpościera się od gwiazdy do odpowiednika orbity Saturna w Układzie Słonecznym, natomiast zewnętrzny rozpoczyna się 14 razy dalej. Dysk zewnętrzny nie otacza gwiazdy jednorodnie, zamiast tego ma kształt końskiej podkowy, spowodowany prawdopodobnie efektami grawitacyjnymi od olbrzymich planet.

Według teorii, olbrzymie planety zwiększają swoje rozmiary poprzez przechwytywanie gazu z dysku zewnętrznego, ze strumieni, które tworzą mosty w przerwie w dysku.

„Astronomowie przewidywali, że takie strumienie muszą istnieć, ale po raz pierwszy byliśmy w stanie zaobserwować je bezpośrednio” mówi Simon Casassus (Universidad de Chile, Chile), który kierował badaniami. „Dzięki nowemu teleskopowi ALMA byliśmy w stanie uzyskać bezpośrednie obserwacje związane z aktualnymi teoriami powstawania planet!”

Casassus i jego zespół użyli ALMA do spojrzenia na kosmiczny gaz i pył wokół gwiazdy, dostrzegając więcej szczegółów i obszary położone bliżej gwiazdy, niż można było za pomocą poprzednich tego typu teleskopów. Obserwacje ALMA na falach submilimetrowych są także odporne na poświatę od gwiazdy, która wpływa na teleskopy podczerwone i widzialne. Przerwa w dysku pyłowym była wcześniej znana, ale zespół odkrył także, że rozproszony gaz pozostający w przerwie oraz dwa gęstsze strumienie gazu poruszające się poprzez przerwę od dysku zewnętrznego do wewnętrznego.

„Sądzimy, że w środku ukryta jest olbrzymia planeta, która wywołuje oba strumienie. Planety rosną poprzez przechwytywanie części gazu z dysku zewnętrznego, ale są prawdziwie bałaganiarskimi zjadaczami: resztki ich pożywienia trafiają do wewnętrznego dysku wokół gwiazdy” mówi Sebastián Pérez, członek zespołu z Universidad de Chile.

Obserwacje odpowiadają na inne pytanie dotyczące dysku wokół HD 142527. Ponieważ centralna gwiazda ciągle się formuje, przechwytując materię z wewnętrznego dysku, zostałby już pochłonięty, gdyby nie był w jakiś sposób uzupełniany. Naukowcy ustalili, że tempo, w którym pozostały gaz dopływa do wewnętrznego dysku jest odpowiednie do jego podtrzymywania i żywienia rosnącej gwiazdy.

Kolejnym po raz pierwszy osiągniętym rezultatem jest detekcja rozmytego gazu w przerwie. „Astronomowie poszukiwali tego gazu od długiego czasu, ale do tej pory mieliśmy jedynie pośrednie dowody na jego istnienie. Teraz, dzięki ALMA, możemy zobaczyć go bezpośrednio” wyjaśnia Gerrit van der Plas, inny członek zespołu z Universidad de Chile.

Ten resztkowy gaz jest dodatkowym dowodem na to, że strumienie są tworzone przez olbrzymie planety, a nie przez jeszcze większe obiekty, takie jak inna gwiazda. „Druga gwiazda bardziej wyczyściłaby przerwę, nie pozostawiając resztek gazu. Badając ilość pozostałego gazu możemy być stanie ograniczyć masy obiektów powodujących czyszczenie.” dodaje Pérez.

A co z samymi planetami? Casassus wyjaśnia, że mimo iż zespół nie wykrył ich bezpośrednio, nie jest tym zaskoczony. „Szukaliśmy planet za pomocą najnowocześniejszych instrumentów podczerwonych na innych teleskopach. Spodziewamy się jednak, że te powstające planety nadal są głęboko schowane w strumieniach gazu, który jest niemal nieprzezroczysty. W związku z tym szanse na bezpośrednie dostrzeżenie planet są niewielkie.”

Niemniej jednak astronomowie zamierzają dowiedzieć się więcej o przypuszczalnych planetach, badając strumienie gazu oraz gaz rozproszony. Teleskop ALMA ciągle jest w budowie i nie osiągnął jeszcze pełni swoich możliwości. Gdy zostanie ukończony, jego obrazy będą jeszcze ostrzejsze, a nowe obserwacje strumieni mogą pozwolić zespołowi na ustalenie własności planet, w tym ich mas.

Więcej informacji

Wyniki badań opublikowano w artykule “Flows of gas through a protoplanetary gap”, który ukaże się 2 stycznia 2013 roku w czasopiśmie „Nature”.

Skład zespołu badawczego: S. Casassus (Universidad de Chile, Chile; Millennium Nucleus for Protoplanetary Disks — Ministerstwo Gospodarki, Rząd Chile), G. van der Plas (Universidad de Chile, Chile), S. Pérez M. (Universidad de Chile, Chile), W. R. F. Dent (Joint ALMA Observatory, Chile; European Southern Observatory, Chile), E. Fomalont (NRAO, USA), J. Hagelberg (Observatoire de Genève, Szwajcaria), A. Hales (Joint ALMA Observatory, Chile; NRAO, USA), A. Jordán (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), D. Mawet (European Southern Observatory, Chile), F. Ménard (CNRS / INSU, France; Universidad de Chile, Chile; CNRS / UJF Grenoble, France), A. Wootten (NRAO, USA), D. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), A. M. Hughes (U. C. Berkeley, USA), M. R. Schreiber (Universidad Valparaiso, Chile), J. H. Girard (Europejskie Obserwatorium Południowe, Chile), B. Ercolano (Ludwig-Maximillians-Universität, Germany), H. Canovas (Universidad Valparaiso, Chile), P. E. Román (University of Chile, Chile), V, Salinas (Universidad de Chile, Chile).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1156