Dostrzeżono kandydata na dysk okołoplanetarny

Astronomowie być może znaleźli gazowy dysk wokół planety okrążającej młodą gwiazdę AS 209. To jeden z zaledwie czterech odkrytych do tej pory kandydatów na dysk okołoplanetarny, a obserwacje te pozwalają na pierwsze oszacowanie masy gazu w takim dysku.

Dyski w dyskach
Dyski gazu i pyłu, które gromadzą się wokół młodych gwiazd, są miejscem powstawania planet. Dzięki wysokiej rozdzielczości obserwacjom radiowym prowadzonym z użyciem instrumentów takich jak Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), możemy szczegółowo badać te dyski i próbować uchwycić formowanie się planet na gorącym uczynku.

Ostatnio naukowcy wykorzystali ALMA do obserwacji pięciu pobliskich dysków okołogwiazdowych w wysokiej rozdzielczości w ramach programu obserwacyjnego Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). Korzystając z danych MAPS, zespół kierowany przez Jaehana Bae (Uniwersytet Florydy) znalazł dowody na to, że gwiazda mająca 1,6 miliona lat, AS 209, posiada dysk w dysku – dysk okołoplanetarny wokół ukrytej planety krążącej daleko od gwiazdy centralnej.

Może planeta?
Bae i współpracownicy przeanalizowali nowe obserwacje emisji radiowej trzech form tlenku węgla oraz archiwalne obserwacje 1,25-milimetrowej emisji pyłu dokonane za pomocą instrumentu ALMA. Zespół wykrył gazowy tlenek węgla należący do dysku okołoplanetarnego w obrębie większego dysku otaczającego AS 209.

1. Obserwacje tlenku węgla (¹²CO) ujawniają lukę o szerokości 78 jednostek astronomicznych w gazie dysku AS 209 w odległości 200 j.a. od gwiazdy centralnej, w tym samym miejscu, co luka widoczna na obrazach dysku w świetle rozproszonym. Sugeruje to, że młoda planeta rzeźbi lukę w dysku.
2. Dane ¹²CO pokazują zlokalizowane zmiany prędkości gazu w pobliżu tej luki, które mogą wynikać z obecności osadzonej planety zaburzającej położenie gazu w dysku.
3. Obserwacje ¹³CO pokazują punktowe źródła 206 j.a. od gwiazdy centralnej – dokładnie w środku luki ¹²CO i blisko zaburzeń prędkości. Biorąc pod uwagę zdolność rozdzielczą ALMA, punktowa natura obiektu wskazuje, że jego średnica nie przekracza 14 j.a.

Możliwe źródło punktowe
Na podstawie tych obserwacji Bae i współpracownicy oszacowali, że dysk okołoplanetarny zawiera około 30 mas Ziemi gazu i tylko 2,2 masy księżycowej pyłu, co sugeruje niski stosunek pyłu do gazu, wynoszący 0,0009. Przy temperaturze 35 K gaz jest około 13 K cieplejszy niż oczekiwano, biorąc pod uwagę odległość od gwiazdy centralnej. To prawdopodobnie oznacza, że w pobliżu dysku okołoplanetarnego znajduje się dodatkowe źródło ciepła, takie jak akrecja przez planetę lub turbulencje wewnątrz dysku.

AS 209 jest gospodarzem dopiero czwartego kandydata na dysk okołoplanetarny, jakiego kiedykolwiek znaleziono, a ta praca oznacza, że badacze po raz pierwszy wykryli gaz wewnątrz dysku okołoplanetarnego i oszacowali jego masę. Przyszłe obserwacje przy użyciu ALMA i JWST powinny pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące struktury materii okołoplanetarnej, masy i wieku młodej planety oraz tego, jak planeta uformowała się w tak dużej odległości od swojej gwiazdy macierzystej.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

• A Circumplanetary Disk Candidate Spotted with ALMA
• Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS): A Circumplanetary Disk Candidate in Molecular-line Emission in the AS 209 Disk

Źródło: AAS

Na ilustracji: Obraz dysku protoplanetarnego AS 209 na długości fali 1,25 milimetra pokazuje emisję termiczną z pyłu. Biała linia na dole po prawej to pasek skali 10 j.a., a białe kółko w lewym dolnym rogu to rozmiar wiązki dla obserwacji. Źródło: Na podstawie Andrews i inni 2018