Zderzenia komet przyczyną niespodziewanego nagromadzenia gazu wokół młodej gwiazdy

Artystyczna wizja zderzeń komet w układzie Beta Pictoris
Artystyczna wizja zderzeń komet w układzie Beta Pictoris.
NASA's Goddard Space Flight Center/F. Reddy

Astronomowie korzystający z sieci teleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w północnym Chile ogłosili dzisiaj odkrycie nagromadzenia gazowego tlenku węgla w pyłowym dysku wokół gwiazdy Beta Pictoris. Jest to niespodzianka, gdyż tego rodzaju gaz powinien być bardzo szybko zniszczony przez światło gwiazdy. Coś – prawdopodobnie częste zderzenia pomiędzy małymi lodowymi obiektami, np. kometami – musiało spowodować, że gaz jest stale uzupełniany. Najnowsze wyniki badań zostały opublikowane dzisiaj w czasopiśmie „Science”.

Pobliska gwiazdy Beta Pictoris, łatwo widoczna nieuzbrojonym okiem na niebie półkuli południowej jest już znana jako archetypowy przykład młodego układu planetarnego. Wiadomo, że posiada planetę, które krąży w odległości 1,2 miliada kilometrów od gwiazdy. Dodatkowo Beta Pictoris jest jedną z pierwszych gwiazd, co do której odkryto, że otacza ją wielki dysk pyłowy [1].

Nowe obserwacje z ALMA pokazują, że dysk jest przeniknięty gazem tlenku węgla. Paradoksalnie istnienie tlenku węgla, który jest szkodliwy dla ludzi na Ziemi, może wskazywać, że układ planetarny Beta Pictoris stanie się kiedyś dobrym miejscem dla życia. Bombardowanie przez komety, które zachodzi obecnie na planetach układu może dostarczyć im życiodajną wodę [2].

Ale tlenek węgla łatwo i szybko rozpada się pod działaniem światła gwiazdy – w miejscu, w którym jest obserwowany w dysku Beta Pictoris może przetrwać zaledwie przez około 100 lat. Jego dostrzeżenie w ocenianym na 20 milionów lat dysku jest całkowitym zaskoczeniem. Skąd się wziął i dlaczego ciągle tam jest?

“O ile nie obserwujemy Beta Pictoris w jakimś bardzo nietypowym momencie, to tlenek węgla musi być nieustannie odnawiany” powiedział Bill Dent, astronom ESO z Joint ALMA Office w Santiago (Chile), główny autor dzisiejszej publikacji w czasopiśmie „Science”. „Najbardziej obfitym źródłem tlenku węgla w młodym systemie słonecznym są zderzenia pomiędzy lodowymi ciałami, od komet do większych obiektów wielkości planet.”

Jednak tempo niszczenia musi być wysokie. „Aby otrzymać zaobserwowaną ilość tlenku węgla tempo kolizji wydaje się być wstrząsające – zderzenie jednej dużej komety co pięć minut” zauważył Aki Roberge, astronom z NASA Goddard Research Center w Greenbelt (USA), współautor pracy. „W przypadku takiej liczby kolizji musiałby istnieć bardzo gęsty i masywny rój komet.”

W wynikach obserwacji ALMA jest jeszcze inna niespodzianka, możliwa dzięki unikalnym możliwościom ALMA do jednoczesnych pomiarów zarówno pozycji, jak i prędkości. Mowa nie o samym odkrycie tlenku węgla, a o mapie jego rozmieszczenia w dysku: gaz jest skoncentrowany w jednym, zwartym skupisku. Koncentracja znajduje się 13 miliardów kilometrów od gwiazdy, czyli około trzy razy dalej niż Neptun od Słońca. Dlaczego gaz znajduje się w tak małym skupisku w tej odległości od gwiazdy - nie wiadomo.

„Skupisko jest ważną przesłanką na temat tego, co dzieje się w zewnętrznych rejonach młodego układu planetarnego” mówi Mark Wyatt, astronom z University of Cambridge (Wielka Brytania), współautor artykułu. Wyjaśnia, że są dwie możliwości uformowania się skupiska: „Albo grawitacyjne oddziaływanie nieznanej planety podobnej w masie do Saturna koncentruje kolizje komet w jednym małym obszarze, albo też widzimy pozostałości po jednym olbrzymim zderzeniu dwóch lodowych planet o masie Marsa”.

Obie z tych możliwości dają astronomom powody do optymizmu odnośnie istnienia większej liczby planet, które czekają na odkrycie w pobliżu Beta Pictoris. „Tlenek węgla jest zaledwie początkiem – mogą istnieć inne, bardziej złożone pre-organiczne cząsteczki uwolnione z lodowych ciał” dodaje Roberge.

Planowane są dalsze obserwacje za pomocą ALMA. Sieć teleskopów ciągle zwiększa swoje możliwości, co pozwoli lepiej poznać intrygujący system planetarny i pomoże astronomom w zrozumieniu warunków jakie mogły panować w momencie powstawania Układu Słonecznego.

Uwagi

[1] Wiele gwiazd jest otoczonych przez kręcące się wokół obłoki pyłu (dyski). Są to pozostałości po wielu kolizjach skał na orbitach wokół gwiazdy, podobnych do rozpadnięcia się stacji kosmicznej w filmie Grawitacja (ale na dużo większą skalę). Wcześniejsze obserwacje Beta Pictoris zostały opisane w eso1024 i eso0842.

[2] Komet zawierają lody tlenku węgla, dwutlenku węgla, amoniaku i metanu, ale większość składu stanowi mieszanina pyłu i lodu wodnego.

Więcej informacji

Międzynarodowy kompleks astronomiczny ALMA działa w ramach partnerstwa pomiędzy Europą, Ameryką Północną i Azją Wschodnią, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana w Europie przez Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), w Ameryce Północnej przez U.S. National Science Foundation (NSF), we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) oraz National Science Council of Tajwan (NSC), a w Azji Wschodniej przez National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Academia Sinica (AS) in Taiwan. Konstrukcja i użytkowanie ALMA w imieniu Europy jest kierowane przez ESO, w imieniu Ameryki Północnej przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), a w imieniu Azji Wschodniej przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia wspólne kierowanie i zarządzanie konstrukcją, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

Wyniki badań opublikowano w artykule pt. “Molecular Gas Clumps from the Destruction of Icy Bodies in the β Pictoris Debris Disk”, który ukazał się 6 marca 2014 r. w Science.

Skład zespołu badawczego: W.R.F. Dent (Joint ALMA Office, Santiago, Chile [JAO]), M.C. Wyatt (Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania [IoA]), A. Roberge (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbank, USA), J.-C. Augereau (Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, France [IPAG]), S. Casassus (Universidad de Chile, Santiago, Chile), S. Corder (JAO), J.S. Greaves (University of St. Andrews, Wielka Brytania), I. de Gregorio-Monsalvo (JAO), A. Hales (JAO), A.P.Jackson (IoA), A. Meredith Hughes (Wesleyan University, Middletown, USA), A.-M. Lagrange (IPAG), B. Matthews (National Research Council of Canada, Victoria, Kanada) oraz D. Wilner (Smithsonian Astrophysical Observatory, Cambridge, USA).


Dodatkowe informacje:



Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1508