VLTI wykrył światło egzozodiakalne

Artystyczna wizja jasnego światła egzozodiakalnego.
ESO/L. Calçada

Wykorzystują pełną moc interferometru VLTI, międzynarodowy zespół astronomów odkrył światło egzozodiakalne blisko tzw. „strefy życia” wokół dziewięciu pobliskich gwiazd. Jest to światło gwiazdy odbite przez pył utworzony w wyniku zderzeń pomiędzy planetoidami i aktywności komet. Występowanie dużych ilości tego rodzaju pyłu w wewnętrznych rejonach niektórych układów planetarnych może stanowić przeszkodę w uzyskiwaniu w przyszłości bezpośrednich obrazów planet podobnych do Ziemi.

Zespół astronomów użył interferometru VLTI (Very Large Telescope Interferometer) do obserwacji w zakresie bliskiej podczerwieni [1] wybranych 92 pobliskich gwiazd, aby zbadać światło egzozodiakalne od gorącego pyłu w pobliżu „stref życia”. Naukowcy połączyli nowe dane z wcześniejszymi wynikami obserwacji [2]. Wokół dziewięciu gwiazd zaobserwowano jasne światło egzozodiakalne, utworzone przez świecące ziarna gorącego pyłu egzozodiakalnego, albo przez światło gwiazdy odbite od ziaren pyłu.

Gdy w pobliżu nie ma źródeł światło, to na Ziemi można w nocy dostrzec na niebie światło zodiakalne z naszego Układu Słonecznego. Widać je jako słabą, rozmytą, białą poświatę widoczną tuż po zmierzchu, albo tuż przed świtem. Światło zodiakalne jest tworzone przez światło słoneczne odbite od niewielkich cząstek i wydaje się rozciągać od okolicy Słońca. To odbite światło może być obserwowane nie tylko z Ziemi, ale z każdego miejsca w Układzie Słonecznym.

Poświata zaobserowana w najnowszych badaniach jest znacznie bardziej ekstremalną wersją podobnego zjawiska. O ile światło egzozodiakalne – czyli światło zodiakalne w innych systemach gwiazdowych – było już wcześniej wykrywane, to niniejsze badania są pierwszą dużą pracą na temat tego zjawiska wokół pobliskich gwiazd.

W odróżnieniu do wcześniejszych obserwacji, zespół nie tylko obserwował pył, który później posłuży za materiał do formowania planet, ale także pył wytworzony w zderzeniach pomiędzy małymi planetami o rozmiarach kilku kilometrów – obiektami zwanymi planetozymalami, które są podobne do planetoid i komet w Układzie Słonecznym. Tego rodzaju pył stanowi również źródło światła zodiakalnego w Układzie Słonecznym.

„Jeżeli chcemy badać ewolucję podobnych do Ziemi planet w pobliżu strefy nadającej się do zamieszania (tzw. strefy życia), musimy obserwować zodiakalny pył w obszarach wokół innych gwiazd” powiedział Steve Ertel, główny autor publikacji, naukowiec z ESO oraz z Uniwersytetu w Grenoble we Francji. „Wykrywanie i analiza własności tego rodzaju pyłu wokół innych gwiazd jest sposobem na badanie architektury i ewolucji systemów planetarnych.”

Wykrycie słabego pyłu w pobliżu oślepiającej gwiazdy centralnej wymaga obserwacji w wysokiej rozdzielczości i z dużym kontrastem. Interferometria – czyli łączenie światłą zebranego dokładnie w tym samym czasie przez kilka różnych teleskopów – wykonywana w świetle podczerwonym jest na razie jedyną techniką, która pozwala na odkrycie i zbadanie tego typu systemów.

Dzięki mocy VLTI oraz wykorzystując granice możliwości instrumentów pod względem dokładności i wydajności, zespół naukowców był w stanie osiągnąć poziom wydajności około dziesięć razy lepszy niż w przypadku instrumentów dostępnych na świecie.

Dla każdej z gwiazd zespół użył 1,8-metrowych Teleskopów Pomocniczych, aby dostarczyć światło do VLTI. Tam gdzie występowało silne światło egzozodiakalne, naukowcy byli wstanie w pełni rozdzielić pyłowe dyski i odseparować je od dominującego światła gwiazdy [3].

Analizując własności gwiazd otoczonych przez pyłowy dysk egzozodiakalnego światła, zespół odkrył, że większość pyłu została wykryta w pobliżu starszych gwiazd. Wynik ten jest bardzo zaskakujący i wzbudza pytania na temat naszego rozumienia układów planetarnych. Jakikolwiek znany proces wytwarzania pyłu na skutek kolizji pomiędzy planetozymalami powinien zamierać z czasem, gdy liczba planetozymali jest redukowana na skutek niszczenia.

Zbadania próbka obiektów obejmowała także 14 gwiazd, dla których raportowano wcześniej odkrycie egzoplanet. Wszystkie z tych planet znajdują się w podobnych obszarach w swoich systemach, gdzie jako światło egzozodiakalne świeci pył. Istnienie światła egzozodiakalnego w układach z planetami może rodzić problemy dla przyszłych badań astronomicznych na temat egzoplanet.

Egzozodiakalna emisja pyłu, nawet na niskim poziomie, może znacząco utrudnić wykrywanie planet podobnych do Ziemi za pomocą bezpośredniego fotografowania. Światło egzozodiakalne wykryte w opisywanym przeglądzie jest jaśniejsze o czynnik 1000 od światła zodiakalnego występującego wokół Słońca. Liczba gwiazd posiadających światło zodiakalne na poziomie Układu Słonecznego jest prawdopodobnie znacznie większa niż wykrytych w niniejszym przeglądzie. Obserwacje te są w związku z tym jedynie pierwszym krokiem w stronę dokładnych badań światła egzozodiakalnego.

„Duży współczynnik  wykrywalności na tym poziomie jasności sugeruje, że musi istnieć znacząca liczba systemów zawierających słabszy pył, niewykrywalny w naszym przeglądzie, ale nadal znacznie jaśniejszy niż światło zodiakalne w Układzie Słonecznym” wyjaśnia Olivier Absil, współautor publikacji, naukowiec z University of Liège. „Występowanie tego rodzaju pyłu w wielu systemach może stać się przeszkodą w przyszłych obserwacjach, których celem będzie uzyskanie bezpośrednich zdjęć egzoplanet podobnych do Ziemi.”

Uwagi

[1] Naukowcy użyli na VLTI instrumentu PIONIER, który był w stanie interferometrycznie połączyć wszystkie cztery Teleskopy Pomocnicze, albo wszystkie cztery Teleskopy Główne zespołu teleskopów VLT w Obserwatorium Paranal. Dzięki temu uzyskano nie tylko niesamowicie wysoką rozdzielczość, ale także dużą efektywność prowadzenia obserwacji.

[2] Wcześniejsze obserwacje były wykonane siecią CHARA – optycznym interferometrem astronomicznym należącym Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) na Georgia State University, z użyciem jej instrumentu FLUOR.  

[3] Dodaktowym wynikiem obserwacji było odkrycie kilku nowych, nieoczekiwanych towarzyszy gwiazdowych w pobliżu niektórych z najbardziej masywnych gwiazd w badanej próbce. „Nowe gwiazdowe składniki tych układów sugerują, że powinniśmy zrewidować nasze obecne poglądy na temat ilości gwiazd podwójnych” mówi Lindsay Marion, główna autorka dodatkowej publikacji poświęconej analizie tych samych danych.

Więcej informacji

Wyniki zaprezentowano w artykule pt. “A near-infrared interferometric survey of debris-disc stars. IV. An unbiased sample of 92 southern stars observed in H-band with VLTI/PIONIER”, S. Ertel et al., który ukaże się w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics. Uzupełniający artykuł na temat gwiazdowych towarzyszych odkrytych w trakcieprzegladu: "Searching for faint companions with VLTI/PIONIER. II. 92 main sequence stars from the Exozodi survey", L. Marion et al., w tym samym wydaniu czasopisma.

Skład zespołu badawczego: S. Ertel (Université Grenoble Alpes, Francja; ESO, Chile), O. Absil (University of Liège, Belgia), D. Defrère (University of Arizona, USA), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes), J.-C. Augereau (Université Grenoble Alpes), L. Marion (University of Liège), N. Blind (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany), A. Bonsor (University of Bristol, United Kingdom), G. Bryden (California Institute of Technology, Pasadena, USA), J. Lebreton (California Institute of Technology), oraz J. Milli (Université Grenoble Alpes)

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1540