Tajemnicze zaburzenia przemieszczające się w dysku, w którym powstają planety

Dysk wokół gwiazdy AU Microscopii na zdjęciach z teleskopów VLT oraz HST.
ESO, NASA & ESA

Dzięki zdjęciom wykonanym za pomocą teleskopu VLT (należącego do ESO) oraz Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (należącego do NASA/ESA) astronomowie odkryli struktury w dysku pyłowym otaczającym pobliską gwiazdę, które nigdy wcześniej nie były obserwowane. Podobne do fal, szybko poruszające się struktury, występują w dysku wokół gwiazdy AU Microscopii i nie przypominają niczego co do tej pory obserwowano lub przewidywano. Pochodzenie i natura tych struktur stanowi zagadkę, nad której wyjaśnieniem skupią się astronomowie. Wyniki badań opublikowano 8 października 2015 r. w czasopiśmie „Nature”.

AU Microscopii, w skrócie AU Mic, jest młodą, nieodległą gwiazdą, otoczoną przez duży dysk pyłowy [1]. Badania tego typu dysków mogą dostarczyć cennych wskazówek na temat tego w jaki sposób powstały planety, które się w nich formują.

Astronomowie poszukiwali w dysku AU Mic jakichkolwiek oznak występowania zgęszczeń lub powichrowanych struktur, gdyż mogą one wskazywać na położenie potencjalnych planet. W roku 2014 wykorzystano potężne zdolności obrazujący z dużym kontrastem, jakie posiada nowo zainstalowany instrument SPHERE, działający w ESO na teleskopie VLT. W ten sposób odkryto coś bardzo nietypowego.

„Nasze obserwacje pokazały coś nieoczekiwanego” wyjaśnia Anthony Boccaletti z Observatoire de Paris, Francja, pierwszy autor publikacji. „Zdjęcia ze SPHERE pokazują zbiór niewyjaśnionych struktur w dysku, które mają strukturę podobną do łuków albo do fal i nieprzypominającą niczego co do tej pory obserwowano.”

Widoczne na nowych zdjęciach pięć podobnych do fal łuków w różnych odległościach od gwiazdy  przypomina kręgi na wodzie. Po dostrzeżeniu tych struktur w danych ze SPHERE zespół sprawdził wcześniejsze obrazy dysku wykonane w 2010 i 2011 roku za pomocą należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, aby sprawdzić czy struktury były widoczne już wtedy [2]. W efekcie nie tylko udało się zidentyfikować struktury na wcześniejszych zdjęciach z Hubble’a, ale na dodatek odkryto, że struktury zmieniają się z upływem czasu. Okazało się, że kręgi poruszają się  i to bardzo szybko!

„Powtórnie przeprocesowaliśmy obrazy z danych z Hubble’a i okazało się, że mamy wystarczającą ilość informacji do śledzenia ruchu tych dziwnych struktur w ciągu okresu czterech lat.” wyjaśnia Christian Thalmann (ETH Zürich, Szwajcaria), członek zespołu badawczego. „W ramach tych badań odkryliśmy, że łuki uciekają od gwiazd z prędkością do około 40 000 kilometrów na godzinę!”

Struktury położone dalej od gwiazdy wydają się poruszać szybciej niż te znajdujące się bliżej. Przynajmniej trzy struktury poruszają się na tyle szybko, że mogą uciec z zasięgu grawitacyjnego gwiazdy. Tak duże prędkości wykluczają możliwość, że są do typowe struktury dyskowe wytworzone prze obiekty – takie jak planety – zaburzające materię w dysku podczas ruchu orbitalnego wokół gwiazdy. Coś innego musi być zaangażowane w rozpędzenie tych pofalowań do tak wielkich prędkości, co oznacza, że są oznaką czegoś naprawdę nietypowego [3].

„Wszystko na temat tego odkrycia jest bardzo niespodziewane!” komentuje współautor Carol Grady z Eureka Scientific, USA. „A ponieważ nic podobnego do tej pory nie obserwowano ani nie przywidywano teoretycznie, możemy jedynie snuć hipotezy co jest powodem tego, co obecnie widzimy.”

Zespół nie może powiedzieć co na pewno spowodowało tajemnicze pofalowania wokół gwiazdy, ale naukowcy rozważyli i wykluczyli kilka zjawisk, w tym zderzenie dwóch masywnych i rzadkich obiektów podobnych do planetoid uwalniające olbrzymie ilości pyłu, a także spiralne fale wzbudzone przez niestabilności grawitacyjne systemu.

Ale inne rozważane pomysły wyglądają bardziej obiecująco.

„Jedno z wytłumaczeń dziwnych struktur wiąże je z rozbłyskami gwiazdy. AU Mic jest gwiazdą, która często wykazuje aktywność rozbłyskową – często w sposób nagły wyrzucane są olbrzymie ilości energii z jej powierzchni lub pobliża.” wyjaśnia współautor Glenn Schneider ze Steward Observatory, USA. „Jeden z takich rozbłysków mógł wzbudzić coś na jednej z planet – jeśli są tam planety – na przykład gwałtownie odzierają z niej materię, która teraz przemieszcza się przez dysk, napędzana siłą rozbłysku.”

„To duża satysfakcja, że instrument SPHERE w ciągu pierwszego roku swojej eksploatacji dowiódł swojej przydatności do badań dysków” dodaje Jean-Luc Beuzit, który jest współautorem nowych badań oraz kierował wdrażaniem SPHERE.

Naukowcy planują kontynuację obserwacji systemu AU Mic za pomocą SPHERE i innych urządzeń, w tym sieci ALMA, aby spróbować zrozumieć co się stało wokół gwiazdy. Ale na chwilę obecną te tajemnicze struktury pozostają nierozwiązaną zagadką.

Uwagi

[1] AU Microscopii znajduje sie w odległości 32 lat świetlnych od Ziemi. Dysk składa się głównie z planetoid, które zderzają się z taką siłą, że wiele z nich zamieniło się w pył.

[2] Dane zostały zebrane przez Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) pracujący na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

[3] Widok w płaszczyźnie dysku (“z boku”) komplikuje interpretację jego trójwymiarowej struktury.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Fast-Moving Structures in the Debris Disk Around AU Microscopii”, który ukaże się 8 października 2015 r. w czasopiśmie Nature.

Skład międzynarodowego zespołu badawczego: Anthony Boccaletti (Observatoire de Paris, CNRS, Francja), Christian Thalmann (ETH Zürich, Szwajcaria), Anne-Marie Lagrange (Université Grenoble Alpes, Francja; CNRS, IPAG, Francja), Markus Janson (Stockholm University, Szwecja; Max-Planck-Institut für Astronomie, Niemcy), Jean-Charles Augereau (Université Grenoble Alpes, Francja; CNRS, IPAG, Francja), Glenn Schneider (University of Arizona Tucson, USA), Julien Milli (ESO, Chile; CNRS, IPAG, Francja), Carol Grady (Eureka Scientific, USA), John Debes (STScI, USA), Maud Langlois (CNRS/ENS-L, Francja), David Mouillet (Université Grenoble Alpes, Francja; CNRS, IPAG, Francja), Thomas Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie, Niemcy), Carsten Dominik (University of Amsterdam, Holandia), Anne-Lise Maire (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Włochy), Jean-Luc Beuzit (Université Grenoble Alpes, Francja; CNRS, IPAG, Francja), Joe Carson (College of Charleston, USA), Kjetil Dohlen (CNRS, LAM, Francja), Markus Feldt (Max-Planck-Institut für Astronomie, Niemcy), Thierry Fusco (ONERA, France; CNRS, LAM, Francja), Christian Ginski (Sterrewacht Leiden, Holandia), Julien H. Girard (ESO, Santiago, Chile; CNRS, IPAG, Francja), Dean Hines (STScI, USA), Markus Kasper (ESO, Niemcy; CNRS, IPAG, Francja), Dimitri Mawet (ESO, Chile), Francois Ménard (Universidad de Chile, Chile), Michael Meyer (ETH Zürich, Switzerland), Claire Moutou (CNRS, LAM, Francja), Johan Olofsson (Max-Planck-Institut für Astronomie, Niemcy), Timothy Rodigas (Carnegie Institution of Washington, USA), Jean-Francois Sauvage (ONERA, Francja; CNRS, LAM, Francja), Joshua Schlieder (NASA Ames Research Center, USA; Max-Planck-Institut für Astronomie, Niemcy), Hans Martin Schmid (ETH Zürich, Szwajcaria), Massimo Turatto (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Włochy), Stephane Udry (Observatoire de Genève, Szwajcaria), Farrokh Vakili (Université de Nice-Sophia Antipolis, Francja), Arthur Vigan (CNRS, LAM, Francja; ESO, Chile), Zahed Wahhaj (ESO, Chile; CNRS, LAM, Francja) oraz John Wisniewski (University of Oklahoma, USA).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1211