Bezpośredni obraz w podczerwieni - powstawanie planet w dysku wokół młodej gwiazdy

Wykonany za pomocą Teleskopu Subaru obraz w bliskiej  podczerwieni przedstawia rzeczywisty dysk protoplanetarny wokół młodej gwiazdy J 1604. Czarne obszary to w rzeczywistości jasny, przesycony światłem obraz tarczy gwiazdy. Miary odległości wyrażone są w jednostkach astronomicznych i sekundach łuku. Oznaczona jest tu też "dziura", czyli prześwit  w dysku (biała linia przerywana) i rozciągające się ponad nią ramię (widoczne po prawej stronie na zdjęciu). Źródło: Graduate Univ. for Advanced Studies and the National Astronomical Observatory of Japan
Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Satoshi Mayamę (Graduate University for Advanced Studies w Japonii) i Ruobinga Donga z Princeton wykonał pierwszy w historii obraz w podczerwieni ukazujący zakrzywione ramię pyłu - prześwit w dysku protoplanetarnym wokół młodej gwiazdy 2MASS J16042165-2130284 (J1604). Zdjęcie widoczne obok artykułu zostało zrobione przy pomocy Teleskopu Subaru. Widoczna na nim struktura wskazuje na istnienie niemożliwych dla nas jak na razie do bezpośredniego zaobserwowania planet, które tworzą tę dziurę. Fotografia pokazuje niezwykle złożone i dynamiczne środowisko, w którym mogą powstawać planety.

Badania z dwóch ostatnich dekad zdają się sugerować, iż tego typu młode gwiazdy są często otoczone dyskami gęstego gazu i pyłu - dyskami protoplanetarnymi - z których później formują się planety. Centralna gwiazda wchodzi w aktywną fazę budowy planet w wieku kilku milionów lat. Podczas tego okresu nowo powstałe  planety mogą zubożyć niektóre obszary gazu i pyłów w dysku, tworząc w nim małe prześwity, podczas gdy cała jego globalna struktura - pierścień zewnętrzny - pozostaje nienaruszona. Jednak potwierdzenie istnienia powszechnych procesów tworzenia się takich dziur wymagają dalszych obserwacji.

Bezpośrednie obrazowanie struktur wskazujących na takie miejsca powstawania planet było jak dotąd bardzo trudne. Teraz wyniki badań zespołu, które stanowią część większego projektu SEEDS (Strategic Explorations of Exoplanets and Disks with Subaru) dają astronomom istotny wkład w dotychczasową wiedzę i teorie dotyczące formowania się planet. Zespół wykorzystał kamerę podczerwoną (Subaru Next Generation Adaptive Optics - HiCIAO) zainstalowaną w Teleskopie Subaru w kwietniu 2012 roku. Sfotografowała ona młodą, niezwykle podobną do dawnego Słońca gwiazdę - J1604. Znajduje się ona w gwiazdozbiorze Skorpiona i ma około 3.7 miliona lat. 

Jej dysk ma bardzo ciekawą właściwość - dużą "dziurę" i rozciągające się od niej, zakrzywione ramię. Jest to pierwszy bezpośredni obraz takiego ramienia wykonany w podczerwieni. To znaczące, bowiem według niektórych teorii to właśnie w ten sposób mogą powstawać niewielkie, skaliste planety podobne do Ziemi. Na podstawie wyników modelowania komputerowego oceniono  promień wewnętrznej krawędzi dysku na 63 jednostek astronomicznych (AU, średniej odległości pomiędzy Ziemią a Słońcem), jego nachylenie - na 10 stopni, a długość ramienia - na 50 jednostek astronomicznych. Jasność "dziury" spada aż pięciokrotnie w porównaniu z resztą dysku.

Szerokość i głębokość obserwowanego prześwitu odpowiadają przewidywaniom teoretycznym, zgodnie z którymi tworzące się planety wyrywają, a zarazem przechwytują z dysku część jego pierwotnej materii. Wielkość otworu sugeruje ponadto, że w tym dysku mogła utworzyć się co najmniej jedna planeta, leżąca w odległości około 40 - 50 AU od swej gwiazdy centralnej. Teorie przewidują również, że duża masa takiej planety może powodować powstawanie zakrzywionego ramienia w dysku. Kształt ramienia widocznego na obrazie z Subaru jest również w zgodzie z przewidywaniami teoretycznymi. Według naukowców istnienie takich struktur może być wyjaśnione właśnie przez obecność niewidocznej dla nas planety.

Teleskop Subaru to japoński teleskop pracujący w zakresie światła widzialnego i podczerwieni, wyposażony w optykę aktywną. Znajduje się w obserwatorium na Hawajach, położonym na wysokości 4139 metrów n.p.m. nieopodal Teleskopów Kecka. Ma zwierciadło monolityczne o średnicy 8,3 metra, które powstało przez zgrzanie 55 sześciokątnych segmentów. Wyposażony jest ponadto w aż 261 siłowników, które kompensują ewentualne odkształcenia tak dużego zwierciadła.

Liczba odsłon: 1152


Być może właśnie tak wygląda dysk protoplanetarny wokół gwiazdy J 1604. Źródło: The Graduate University for Advanced Studies, Japonia