Nawet brązowe karły mogą posiadać skaliste planety

Artystyczna wizja dysku pyłowo-gazowego wokół brązowego karła
Artystyczna wizja dysku pyłowo-gazowego wokół brązowego karła
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser (ESO)

Astronomowie korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) po raz pierwszy odkryli, że zewnętrzne obszary pyłowego dysku wokół brązowego karła zawierają milimetrowych rozmiarów ziarna, podobne do znajdowanych w gęstszych dyskach wokół nowonarodzonych gwiazd. Zaskakujące odkrycie stawia wyzwanie teoriom powstawania skalistych planet wielkości Ziemi i sugeruje, ze obiekty takie mogą być powszechniejsze we Wszechświecie niż się spodziewano.

Uważa się, że skaliste planety powstają poprzez losowe zderzenia i łączenie się razem początkowo mikroskopijnych cząsteczek w dysku materii wokół gwiazdy. Te niewielkie ziarna, znane jako kosmiczny pyły, są podobne do bardo drobnej sadzy lub piasku. Jednak w przypadku zewnętrznych rejonów wokół brązowego karła – obiektu podobnego do gwiazdy, ale zbyt małego, aby mógł świecić tak jak gwiazda – astronomowie nie spodziewali się, że ziarna mogą zwiększać rozmiary, gdyż dysk taki jest zbyt mały i cząsteczki powinny poruszać się zbyt szybko, aby skleić się razem po zderzeniu. Dominujące teorie mówią, że ziarna, które powstają powinny przemieszczać się szybko w stronę centralnego brązowego karła, znikając z zewnętrznych części dysku, gdzie można je wykryć.

„Byliśmy kompletnie zaskoczeni, gdy znaleźliśmy milimetrowych rozmiarów ziarna w tych małym, cienkim dysku,” powiedział Luca Ricci z California Institute of Technology, USA, który kierował zespołem astronomów ze Stanów Zjednoczonych, Europy i Chile. „Twarde ziarna tej wielkości nie powinny być w stanie uformować się w zimnych zewnętrznych obszarach dysku wokół brązowego karła, ale okazuje się, że im się to udało. Nie możemy być pewni czy może tam powstać cała skalista planeta, lub czy może już istnieje, ale widzimy pierwsze kroki, więc musimy zmienić nasze założenia co do warunków potrzebnych do wzrostu twardych ziaren” powiedział.

Zwiększona w porównaniu ze starszymi teleskopami rozdzielczość ALMA pozwoliła zespołowi sprecyzować informacje na temat gazowego tlenku węgla wokół brązowego karła – po raz pierwszy zimny gaz molekularny został wykryty w tego rodzaju dysku. Odkrycie to, a także odkrycie ziaren wielkości milimetrowej, sugeruje, ze dysk jest dużo bardziej podobny do dysków wokół młodych gwiazd niż wcześniej przypuszczano.

Ricci i jego współpracownicy dokonali odkrycia korzystając z częściowo ukończonego teleskopu ALMA w na wysoko położonej chilijskiej pustyni. ALMA jest rosnącym zestawem bardzo precyzyjnych anten, które pracują razem jako jeden wielki teleskop do obserwacji Wszechświata z przełomową szczegółowością i czułością. ALMA „widzi” Wszechświat na falach milimetrowych, które nie są dostrzegalne dla ludzkiego oka. Zakończenie budowy ALMA jest przewidziane na 2013 roku, ale astronomowie rozpoczęli już obserwacje za pomocą części sieci anten w 2011 roku.

Astronomowie wycelowali ALMA w młodego brązowego karła ISO-Oph 102, znanego także jako Rho-Oph 102, w obszarze gwiazdotwórczym Rho Ophiuchi w konstelacji Wężownika. Z masą około 60 razy większą niż Jowisz, ale jedynie 0,06 razy taką jak Słońce, brązowy karzeł jest zbyt mały, aby zapoczątkować reakcje termojądrowe dzięki którym świecą zwykłe gwiazdy. Jednak emituje ciepło dzięki powolnemu grawitacyjnemu kurczeniu się i świeci czerwonawym kolorem, ale zdecydowanie słabiej niż gwiazda.

ALMA zebrała światła o długości fali około milimetra, emitowane przez dysk materii ogrzany przez brązowego karła. Ziarna w dysku nie emitują zbyt wiele promieniowania na falach dłuższych niż ich rozmiar, więc na dłuższych falach można zmierzyć charakterystyczny spadek jasności. ALMA jest idealnym instrumentem do pomiarów tego spadku, a w konsekwencji do zbadania rozmiarów ziaren, Astronomowie porównali jasność dysku na falach 0,89 mm i 3,2 mm, Spadek jasności pomiędzy 0,89 mm, a 3,2 mm nie był tak stromy jako oczekiwano, co oznacza że przynajmniej część ziaren ma wielkość milimetra lub więcej.

„ALMA to potężne nowe narzędzie do rozwiązywania zagadek powstawania systemów planetarnych,” skomentował Leonardo Testi z ESO, członek zespołu badawczego. „Zbadanie tego za pomocą teleskopów poprzedniej generacji wymagałoby co najmniej miesiąca obserwacji – co w praktyce jest niewykonalnie długo. Ale korzystając z ćwierci finalnego zestawu anten ALMA mogliśmy uzyskać dane  w mniej niż godzinę!” powiedział

W bliskiej przyszłości ukończony teleskop ALMA będzie wystarczająco potężny do wykonywania szczegółowych obrazów dysków wokół Rho-Oph 102 I innych obiektów. Ricchi wyjaśnił „Wkrótce będziemy w stanie nie tylko wykrywać obecność małych cząsteczek w dyskach, ale także wykonywać mapy ich rozmieszczenia w okołogwiazdowych dyskach i sprawdzać w jaki sposób oddziałują z gazem, który także zaobserwowaliśmy w dysku. Pomoże nam to w lepszym zrozumieniu w jaki sposób powstają planety.”


Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule w Astrophysical Journal Letters.

Ricci oraz Testi współpracowali z Antonellą Natta z INAF-Osservatorio Astrofisico de Arcetri, Aleksem Scholzem z Dublin Institute for Advanced Studies oraz Itziarem de Gregorio-Monsalvo z Joint ALMA Observatory.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1449