Gdy astronomowie badają gazowo-pyłowe dyski protoplanetarne otaczające młode gwiazdy zdarza im się zauważyć ciemną przerwę przypominającą przerwę Cassiniego w pierścieniach Saturna. Uważa się, że każda taka przerwa spowodowana jest obecnością niezaobserwowanej planety, która powstała w dysku i usunęła materię ze swojego otoczenia na orbicie. Jednak najnowsze badania wskazują, że przerwy mogą mieć inne wytłumaczenie niż obecność planety.
"Fakt, że nie widzimy rozproszonego światła z tego miejsca dysku nie musi oznaczać, że tam nic nie ma," mówi główny autor opracowania Til Birnstiel (Max Planck Institute for Astronomy), który prowadził swoje badania podczas pracy w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Naukowcy badali dyski, które świecą w zakresie widzialnym lub bliskiej podczerwieni dzięki rozpraszaniu lub odbijaniu promieniowania. W odróżnieniu od nich teleskopy obserwujące w zakresie radiowym lub milimetrowym obserwują emisję pochodzącą z samego dysku.
Rozproszone promieniowanie pochodzi bezpośrednio od gwiazdy i odbija się od drobnych cząstek rozmiaru cząstek tworzących dym papierosowy. Tego typu cząstki początkowo wypełniają dysk protoplanetarny, ale z czasem się zmieniają.
Niewielkie cząstki mogą się ze sobą łączyć w co raz większe obiekty, a w końcu w pełnowymiarowe planety. Niemniej jednak gdy cząstki się ze sobą zderzają czasami dochodzi do ich rozbicia a nie zlepienia. W procesie migracji mogą się też przemieszczać w rejony bliższe lub dalsze macierzystej gwiazdy, Zespół naukowców postanowił stworzyć model tych procesów wykorzystując do tego klaster superkomputerów Hydra (Smithsonian).
"Wzrost, migracja i fragmentacja mogą wytwarzać obserwowalne zjawiska," tłumaczy współautor Sean Andrews z CfA. "Tego typu procesy mogą tworzyć luki w dysku, tam gdzie małe cząsteczki zostały usunięte, choć większe wciąż tam istnieją."
Birnstiel opisuje to zjawisko za pomocą prostej analogii: "Gdy rzucę kamień w powietrze, nie zasłania mi on widoku, jednak jak rzucę garść piasku przed siebie - część przestrzeni przede mną będzie przesłonięta. Podobnie w dysku, gdy małe cząstki łączą się w większe w niektórych rejonach dysku, nie zasłaniają już tak bardzo widoku, i te regiony wydają się nam puste."
Jak zatem astronomowie mogą poznać czy luka w dysku protoplanetarnym oznacza planetę czy jest to region, w którym rządzą głazy, które oczyściły region z pyłu? Kluczem jest wykonywanie obserwacji na dłuższych falach promieniowania, w których można zaobserwować głazy.
Z tego też powodu zespół planuje przeprowadzenie obserwacji na dobrze znanym dysku z luką - TW Hydrae za pomocą Atacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA). Jeżeli uda się odkryć duże ziarna w regionie luki, będzie to wskazywało na brak planety. Niemniej jednak, jeżeli podczas obserwacji okaże się, że przerwa także w tym zakresie jest pusta, będzie to silny dowód na istnienie planety w tej luce.
Wyniki prac zostały opublikowane w Astrophysical Journal Letters.
Więcej informacji:
"Fakt, że nie widzimy rozproszonego światła z tego miejsca dysku nie musi oznaczać, że tam nic nie ma," mówi główny autor opracowania Til Birnstiel (Max Planck Institute for Astronomy), który prowadził swoje badania podczas pracy w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Naukowcy badali dyski, które świecą w zakresie widzialnym lub bliskiej podczerwieni dzięki rozpraszaniu lub odbijaniu promieniowania. W odróżnieniu od nich teleskopy obserwujące w zakresie radiowym lub milimetrowym obserwują emisję pochodzącą z samego dysku.
Rozproszone promieniowanie pochodzi bezpośrednio od gwiazdy i odbija się od drobnych cząstek rozmiaru cząstek tworzących dym papierosowy. Tego typu cząstki początkowo wypełniają dysk protoplanetarny, ale z czasem się zmieniają.
Niewielkie cząstki mogą się ze sobą łączyć w co raz większe obiekty, a w końcu w pełnowymiarowe planety. Niemniej jednak gdy cząstki się ze sobą zderzają czasami dochodzi do ich rozbicia a nie zlepienia. W procesie migracji mogą się też przemieszczać w rejony bliższe lub dalsze macierzystej gwiazdy, Zespół naukowców postanowił stworzyć model tych procesów wykorzystując do tego klaster superkomputerów Hydra (Smithsonian).
"Wzrost, migracja i fragmentacja mogą wytwarzać obserwowalne zjawiska," tłumaczy współautor Sean Andrews z CfA. "Tego typu procesy mogą tworzyć luki w dysku, tam gdzie małe cząsteczki zostały usunięte, choć większe wciąż tam istnieją."
Birnstiel opisuje to zjawisko za pomocą prostej analogii: "Gdy rzucę kamień w powietrze, nie zasłania mi on widoku, jednak jak rzucę garść piasku przed siebie - część przestrzeni przede mną będzie przesłonięta. Podobnie w dysku, gdy małe cząstki łączą się w większe w niektórych rejonach dysku, nie zasłaniają już tak bardzo widoku, i te regiony wydają się nam puste."
Jak zatem astronomowie mogą poznać czy luka w dysku protoplanetarnym oznacza planetę czy jest to region, w którym rządzą głazy, które oczyściły region z pyłu? Kluczem jest wykonywanie obserwacji na dłuższych falach promieniowania, w których można zaobserwować głazy.
Z tego też powodu zespół planuje przeprowadzenie obserwacji na dobrze znanym dysku z luką - TW Hydrae za pomocą Atacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA). Jeżeli uda się odkryć duże ziarna w regionie luki, będzie to wskazywało na brak planety. Niemniej jednak, jeżeli podczas obserwacji okaże się, że przerwa także w tym zakresie jest pusta, będzie to silny dowód na istnienie planety w tej luce.
Wyniki prac zostały opublikowane w Astrophysical Journal Letters.
Więcej informacji:
Źródło: ApJL / phys.org
