Astronomowie z Obserwatorium Keck na Hawajach uchwycili najbardziej szczegółowy obraz dysku protoplanetarnego wokół młodej gwiazdy HD 34282 oddalonej o 400 lat świetlnych. Obserwacje ujawniły struktury wskazujące na aktywne formowanie się planet w dysku gazu i pyłu.
Planety rodzą się z chaotycznego splotu gazu, pyłu i grawitacji. Aby zrozumieć, jak przebiegają te wczesne etapy powstawania nowych światów, astronomowie obserwują dyski protoplanetarne wokół młodych gwiazd. Najnowsze badania zespołu z Obserwatorium Keck na Maunakea na Hawajach przyniosły przełom – najbardziej szczegółowe do tej pory zdjęcie dysku protoplanetarnego wokół gwiazdy HD 34282.
HD 34282 to młoda gwiazda typu A0, otoczona gęstym pierścieniem pyłu i gazu. Znajduje się 400 lat świetlnych od Ziemi, a jej dysk należy do tzw. dysków przejściowych – struktur, w których rosnące planety wytwarzają luki w materii dyskowej w wyniku oddziaływania grawitacji. Obserwacja takiego obiektu to wyjątkowa okazja do zaobserwowania narodzin egzoplanet niemal w bezpośredni sposób.
Technika maskowania apertury – droga do odkrywania planet
Badacze wykorzystali nowoczesny instrument NIRC2 (Near-Infrared Camera – Kamera w Bliskiej Podczerwieni) połączony z adaptywną optyką kompensującą zniekształcenia atmosfery. Taka kombinacja pozwala astronomom zaglądać znacznie bliżej gwiazdy niż za pomocą konwencjonalnych metod obrazowania. Program otrzymał humorystyczną nazwę – SPAM (Search for Protoplanets with Aperture Masking). To część szerszego programu badawczego obejmującego około 30 młodych gwiazd, mającego na celu udoskonalenie wykrywania planet na wczesnych etapach ich formowania. Wcześniejsze obserwacje z użyciem tej techniki pozwoliły zidentyfikować dwie potwierdzone protoplanety – PDS 70 b i PDS 70 c.
Struktura dysku i oznaki aktywności planetotwórczej
Obserwacje HD 34282 ujawniły zaskakującą wewnętrzną architekturę dysku protoplanetarnego. Zespół astronomów zidentyfikował strukturę wewnętrzną – zapewne skupisko pyłu otaczające gwiazdę. Istotnym odkryciem była duża szczelina o szerokości około 40 jednostek astronomicznych (j.a.), rozciągająca się pomiędzy wewnętrzną strukturą a głównym dyskiem protoplanetarnym. Stanowi ona najbardziej intrygujący element tego odkrycia. Takie luki w dyskach są uważane za charakterystyczne ślady działalności rosnących planet. Gdy planeta uzbiera wystarczającą masę, jej grawitacja przyciąga materiał wokół siebie i wyraźnie oczyszcza tor jej orbity.
Obserwacje wykazały również nierówności w blasku dysku oraz nierównomierny rozkład pyłu – asymetryczne struktury mogą wskazywać na perturbacje grawitacyjne spowodowane masywnym obiektem.
Jakie planety mogą się tutaj formować?
Chociaż protoplaneta nie została bezpośrednio zaobserwowana, badania wskazały możliwości określania lokalizacji młodych planet w tym systemie. Analiza pozwoliła również określić masę gwiazdy macierzystej i tempo akrecji – kluczowe parametry do modelowania ewolucji materiału wokół HD 34282.
Poprzednie obserwacje za pomocą tego systemu poprawiły zdolność detekcji o dwa rzędy wielkości w jasności i w masie. Jeśli planeta o masie większej niż dziesięć mas Jowisza kryje się w dysku, zespół byłby w stanie ją wykryć.
Nowe narzędzia do obserwacji dysków protoplanetarnych
Odkrycia wokół HD 34282 demonstrują potencjał połączenia zaawansowanej optyki adaptacyjnej z techniką maskowania apertury. Obserwatorium Keck planuje rozwijać badania nad dodatkowymi systemami, korzystając z nowych instrumentów do obrazowania wysokiego kontrastu opracowywanego w tej placówce.
Odkrycie to ma znaczenie dla całej astronomii dysków protoplanetarnych. Dzięki dokładnemu modelowaniu składu dysku astronomowie mogą zaglądać głębiej niż kiedykolwiek wcześniej, szukając młodych planet. HD 34282 stanowi jedno z najbliższych okien do zrozumienia, jak formują się planety – procesu, który jeszcze niedawno był niedostępny dla bezpośrednich obserwacji.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Astronomers reveal tasty insights into exoplanet formation using SPAM
- NIRC2 Interferometric Imaging of the HD 34282 Transition Disk’s Small Grain Structure
Źródło: Obserwatorium Keck
Na ilustracji: Obraz pyłu wokół młodej gwiazdy HD 34282 (po lewej) z NIRC2 uzyskany za pomocą algorytmu konstruującego obrazy z danych interferometrycznych z maskowaniem apertury. Światło gwiazdy jest usuwane, a jej położenie jest oznaczone gwiazdką na wszystkich panelach. Model odtwarzający dane (w środku) obejmuje kołową strukturę wewnętrzną wokół gwiazdy, która może być otoczką pyłową. Wokół gwiazdy i struktury wewnętrznej znajduje się również duży dysk protoplanetarny. Pomiędzy strukturą wewnętrzną a dyskiem protoplanetarnym widoczna jest przerwa o długości około 40 j.a., w której mogą formować się planety. Po prawej stronie znajduje się obraz modelu po przepuszczeniu go przez algorytm użyty po lewej stronie. Ma to na celu sprawdzenie, czy model może wizualnie odtworzyć dane. Źródło: Christina Vides / University of California Irvine / WM Keck Observatory
