Przy pomocy teleskopu optycznego VLT i sieci radioteleskopów ALMA, astronomowie zbadali dysk protoplanetarny znajdujący się w układzie aż trzech gwiazd. Dysk ten jest mocno zaburzony i posiada odseparowany pierścień. O wynikach badań poinformowało Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO).
Nasz rodzimy Układ Słoneczny jest wyjątkowo płaski - planety krążą w nim po orbitach rozmieszczonych właściwie w tej samej płaszczyźnie. Ale tak idealna sytuacja niekoniecznie musi mieć miejsce w innych systemach gwiazdowych, a szczególnie w przypadku układów wielokrotnych.
Naukowcom udało się zbadać przypadek dysku protoplanetarnego w potrójnym układzie gwiazd GW Orionis. Jest to co prawda dużo wcześniejszy etap ewolucji układu planetarnego - w dyskach protoplanetarnych dopiero formują się planety, nasz Układ Słoneczny ma za sobą już kilka miliardów lat istnienia - ale może on wyjaśniać, skąd w niektórych systemach biorą się planety o mocno nachylonych orbitach.
Według teorii ewolucji gwiazd i układów planetarnych, gwiazdy powstają z fragmentacji i zapadania się obłoków materii. Gdy narodzi się gwiazda, zazwyczaj jest otoczona dyskiem złożonym z gazu i pyłu, w którym mogą zachodzić procesy formowania się planet. Jeśli jednak mamy do czynienia z układem więcej niż jednej gwiazdy (a gwiazdy częściej występują w parach lub systemach wielokrotnych niż samotnie), to oddziaływania grawitacyjne mogą doprowadzić do rozerwania takiego dysku. Jeśli dysk nie jest ustawiony zgodnie z płaszczyzną orbitalną gwiazd, to powinien ulec zakrzywieniu i rozerwaniu na pierścienie.
Obrazy dysku protoplanetarnego w układzie GW Orionis. Po lewej - obserwacje z sieci radioteleskopów ALMA, a po prawej - z teleskopu VLT. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.
Dysk w GW Orionis potwierdza przewidywania teoretyczne
Teraz naukowcom udało się uzyskać dowód obserwacyjny na te przypuszczenia, dzięki obserwacjom układu GW Orionis. Na obrazach dysku w systemie GW Orionis widać, że w wewnętrznej części dysku znajduje się pierścień, który odstaje od reszty dysku. Astronomowie szacują, że w pierścieniu znajduje się pył o masie 30 mas Ziemi, czyli w ilości odpowiedniej do powstawania planet.
Według przewidywań, jeżeli w tym pierścieniu powstaną planety, to będą one krążyć wokół gwiazdy po bardzo nachylonych orbitach. A skoro ponad połowa gwiazd na niebie narodziła się z jedną lub większą liczbą towarzyszek, daje to bardzo ciekawe perspektywy: być może istnieje nieznana populacja egzoplanet, które okrążają swoje gwiazdy po bardzo nachylonych i odległych orbitach. Możliwe, że takie planety znajdziemy za kilka lat, gdy obserwacje zacznie nowa generacja gigantycznych teleskopów (np. budowany przez Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) teleskop ELT o średnicy prawie 40 metrów).
Nałożone na siebie obrazy dysku protoplanetarnego w systemie GW Orionis, uzyskane przez radioteleskop ALMA oraz teleskop VLT. Źródło: ESO/Exeter/Kraus et al., ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).
11 lat badań
Uzyskanie opisywanych rezultatów i zdjęć nie było proste. Badania trwały aż 11 lat, zaczynając od 2008 roku, gdy korzystano z instrumentu AMBER na interferometrze VLT, a później z instrumentu GRAVITY na tym samym teleskopie. Dzięki temu udało się zbadać "grawitacyjny taniec" trzech gwiazd w systemie GW Orionis. Po opracowaniu map orbit gwiazd okazało się, że nie krążą one w tej samej płaszczyźnie, tylko mają orbity nachylone zarówno względem siebie, jak i względem dysku.
Dodatkowe obserwacje prowadzono przy pomocy instrumentu SPHERE na teleskopie VLT i sieci radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dzięki którym uzyskano obraz wewnętrznego pierścienia oraz potwierdzono, iż odstaje on od pozostałej części dysku. Co ciekawe, udało się nawet dostrzec cień rzucany przez pierścień na resztę dysku.
Żeby zrozumieć, co wydarzyło się w systemie, naukowcy połączyli dane obserwacyjne z symulacjami komputerowymi. Wyniki symulacji pokazały, iż niezgodności orbit trzech gwiazd mogą powodować, że dysk wokół nich rozrywa się na osobne pierścienie, a zatem dokładnie to, co zobaczono w trakcie obserwacji. Na dodatek obserwowany kształt wewnętrznego pierścienia pasuje do przewidywań z symulacji numerycznych sposobu, w jaki dysk powinien być rozrywany.
Wyniki badań ukazały się w ubiegłym tygodniu w czasopiśmie „Science”. Prace prowadził międzynarodowy zespół badawczy, którym kierował Stefan Kraus z University of Exeter, School of Physics & Astronomy (Wielka Brytania).
Jest też druga praca, dotycząca tego samego systemu gwiazdowego, opublikowana w maju 2020 roku w „The Astrophysical Journal Letters”. Tutaj, badaniami prowadzonymi przy pomocy sieci ALMA, kierował Jiaqing Bi z University of Victoria w Kanadzie. Jego grupa badawcza zidentyfikowała trzy pierścienie pyłowe, z których najbardziej zewnętrzny jest największym kiedykolwiek zaobserwowanym wśród dysków protoplanetarnych. W tym przypadku zespół uważa, iż do rozerwania dysku potrzebny jest dodatkowy czynnik w postaci istnienia planety pomiędzy pierścieniami.
Zobacz gwiazdę GW Orionis przez teleskop
Układ GW Orionis widoczny jest na niebie w konstelacji Oriona i znajduje się w zasięgu amatorskich teleskopów (jasność około 10 magnitudo). Dzieli nas od niego 1300 lat świetlnych.
Mapa pokazuje położenie układu potrójnego GW Orionis w gwiazdozbiorze Oriona. Uwzględniono większość gwiazd widocznych nieuzbrojonym okiem w dobrych warunkach. Pozycję GW Orionis wskazano czerwonym okręgiem. Źródło: ESO, IAU and Sky & Telescope.
Więcej informacji:
- Nowe obserwacje pokazały dysk protoplanetarny rozerwany przez jego trzy gwiazdy centralne
- Publikacja naukowa
- Interaktywny model 3D struktury dysku i orbit gwiazd w układzie potrójnym GW Orionis, opracowany na podstawie obserwacji (otwórz przy pomocy programu Acrobat Reader, aby poprawnie wyświetlić elementy interaktywne)
- Potrójny system GW Orionis zaprezentowany w rzeczywistości rozszerzonej (dzięki National Radio Astronomy Observatory)
Opracowanie: Krzysztof Czart
Źródło: ESO
Zdjęcie na samej górze:
Obrazy dysku protoplanetarnego w systemie GW Orionis. Po prawej - obraz z instrumentu SPHERE na teleskopie VLT, na którym widać cień rzucany przez pierścień na resztę dysku. Z kolei po lewej mamy artystyczną wizję wewnętrznego rejonu dysku, wraz z odstającym od niego pierścieniem. Rysunek oparto na trójwymiarowym kształcie, zrekonstruowanym przez zespół naukowy. Źródło: ESO/L. Calçada, Exeter/Kraus et al.
