Przejdź do treści

Webb odkrył dwa nowe pierścienie pyłowe wokół młodej gwiazdy Fomalhaut

Na ilustracji pokazano obraz zarejestrowany Teleskopem Webba, który prezentuje resztkowy dysk pyłowy otaczających młodą gwiazdę Fomalhaut odległą o około 25 l.św. Ta struktura rozciąga się aż na ~23 miliardy km (~150 j.a.). Dwa wewnętrzne pasy zostały po raz pierwszy zaobserwowane dzięki niezwykłej jakości obrazowania Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Źródło: NASA/ESA/CSA/A. Gáspár (University of Arizona)/A. Pagan (STScI)

Nowe zdjęcie z Teleskopu Webba jasnej i niedalekiej gwiazdy Fomalhaut prezentuje jej układ planetarny z trzema koncentrycznymi pierścieniami pyłowymi. Najprawdopodobniej te struktury są kształtowane przez siły grawitacyjne pochodzące od zanurzonych wewnątrz, niewidocznych planet. Podobnie jest w naszym Układzie Słonecznym, gdzie planetoidy są „zaganiane” do pasa przestrzeni pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. W 1983 r. astronomowie odkryli dysk w tym układzie gwiezdnym, ale tak spektakularnie zaprezentował go dopiero Teleskop Webba.

Zdjęcie gorącego pyłu wokół niedalekiej, młodej gwiazdy Fomalhaut zostało zrobione przez Teleskop Webba, aby zbadać pas planetoid w świetle podczerwonym – pierwszy, znany poza Układem Słonecznym. Ku zaskoczeniu astronomów, struktury pyłowe są bardziej złożone niż znany nam w Układzie Słonecznym pas planetoid oraz pas Kuipera. Na tym zdjęciu widać trzy zagnieżdżone, koncentryczne pasy rozciągające się aż do ~23 miliardów km (~150 j.a). Najbardziej zewnętrzny pas jest około dwukrotnie dalej niż pas Kuipera w naszym Układzie Słonecznym, który składa się z małych obiektów i zimnego pyły krążącego poza orbitą Neptuna. Natomiast dwa wewnętrzne pasy materii nigdy jeszcze nie zaobserwowano – teraz ujawnił je Teleskop Webba.

Te pasy otaczają młodą i gorącą gwiazdę widoczną gołym okiem na południowym niebie, jako najjaśniejsza gwiazda w gwiazdozbiorze Ryby Południowej. Fomalhaut znajduje się w odległości ~25 l.św. od nas. Posiada masę około dwa razy większą niż Słońce i jest ~16 razy jaśniejsza niż Słońce. Jest również młoda, ponieważ jej wiek ocenia się na ~440 mln lat (dla porównania nasze Słońce liczy ~4,6 miliarda lat).

Te pasy pyłowe są pozostałościami po zderzeniach większych obiektów podobnych do planetoid lub komet i są nazywane dyskami resztkowymi (ang. debris disks). Są to dyski wokół gwiazd – niezależnie od ich wieku, które są zdominowane przez pył. W przeciwieństwie do dysków wokółgwiazdowych lub protoplanetarnych zawierają bardzo mało materii gazowej. W Układzie Słonecznym przykładem dysku resztkowego jest pas Kuipera.

Fomalhaut jest to taki pierwowzór dysków resztkowych odkrytych w innym miejscu naszej Galaktyki, ponieważ posiada komponenty podobne do tych, które mamy w naszym Układzie Słonecznym – powiedział András Gáspár (University of Arizona in Tucson), który jest głównym autorem publikacji prezentującej wyniki analiz otoczenia FomalhautAnalizując strukturę tych pierścieni możemy faktycznie naszkicować, jak powinien wyglądać układ planetarny, gdybyśmy rzeczywiście mieli możliwość zrobienia wystarczająco szczegółowego zdjęcia, aby zobaczyć prawdopodobne planety.

 

Widok pyłowego dysku resztkowego (ang. debris disk) otaczającego młodą gwiazdę Fomalhaut, który został uzyskany za pomocą kamery MIRI współpracującej z Teleskopem Webba. Trzy zagnieżdżone pasy rozciągają się aż na ~23 miliardy km od gwiazdy (~150 j.a.). Dwa wewnętrzne zostały zaobserwowane po raz pierwszy przez Teleskop Webba. Opisy po lewej stronie wskazują na struktury, a po prawej stronie pokazano powiększone fragmenty dużego obłoku pyłowego w dwóch podczerwonych długościach fali λ=23 i 25,5μm. Źródło: NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona), A. Pagan (STScI)

Widok pyłowego dysku resztkowego (ang. debris disk) otaczającego młodą gwiazdę Fomalhaut, który został uzyskany za pomocą kamery MIRI współpracującej z Teleskopem Webba. Trzy zagnieżdżone pasy rozciągają się aż na ~23 miliardy km od gwiazdy (~150 j.a. - ang.→ a.u.). Dwa wewnętrzne zostały zaobserwowane po raz pierwszy przez Teleskop Webba. Opisy po lewej stronie wskazują na struktury, a po prawej stronie pokazano powiększone fragmenty dużego obłoku pyłowego w dwóch podczerwonych długościach fali λ=23 i 25,5μm. Źródło: NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona), A. Pagan (STScI)

 

Wcześniej, przed Teleskopem Webba, najbardziej zewnętrzny pas wokół Fomalhaut był obserwowany zarówno przez teleskopy orbitalne (Kosmiczny Teleskop Hubble’a, Kosmiczne Obserwatorium Herschela), jak i naziemne (ALMA). Jednak żaden z tych teleskopów nie zaobserwował struktur wewnątrz tego pasa. Wewnętrzne dwa pasy stały się widoczne po raz pierwszy dopiero na zdjęciach w podczerwieni z Teleskopu Webba.

Teleskop Webba wyróżnia się w zdolnością do fizycznego wydzielenia termicznej poświaty z pyłu w tych wewnętrznych obszarach. Dlatego można zobaczyć nigdy wcześniej nie obserwowane wewnętrzne pasy - powiedział współautor publikacji Schuyler Wolff.

Teleskop Hubble’a, ALMA i Webba są narzędziami pozwalającymi na uzyskanie całościowego obrazu dysków resztkowych wokół wielu gwiazd.

Dzięki teleskopom Hubble’a i ALMA mogliśmy zobrazować sporą grupę analogów pasa Kuipera i dowiedzieć się wiele odnośnie powstawania i ewolucji zewnętrznych dysków. Jednak potrzebujemy Teleskopu Webba do sfotografowania tuzinów pasów planetoid poza Układem Planetarnym. Dowiemy się tak wiele o wewnętrznych, cieplejszych obszarach tych dysków, jak wcześniej teleskopy Hubble’a i ALMA ujawniły nam o chłodniejszych, zewnętrznych obszarach – powiedział Wolff.

Najprawdopodobniej te struktury są kształtowane przez siły grawitacyjne pochodzące od niewidocznych planet. Podobnie jak w naszym Układzie Słonecznym, planetoidy są „zaganiane” do pasa planetoid pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Natomiast wewnętrzny brzeg pasa Kuipera jest kształtowany przez Neptuna, zaś zewnętrzny – przez jeszcze nie odkryte obiekty. W miarę jak Teleskop Webba będzie fotografował coraz więcej gwiazd, tym więcej dowiemy się o konfiguracji ich planet.

Pyłowy pierścień wokół Fomalhaut został odkryty w 1983 r. przez satelitę IRAS. Istnienie tego pierścienia zostało wydedukowane z wcześniejszych obserwacji w większych, submilimetrowych długościach fali za pomocą teleskopów na Mauna Kea, Kosmicznego Teleskopu Spitzera i Caltech Submillimeter Observatory.

Pasy wokół Fomalhaut stanowią swego rodzaju tajemniczą opowieść zatytułowaną Gdzie są planety? Uważam, że to nie jest zbyt duża ekstrapolacja gdy powiemy, że najprawdopodobniej wokół tej gwiazdy istnieje naprawdę interesujący układ planetarny – powiedział George Rieke (współautor publikacji i członek zespołu odpowiedzialnego za kamerę MIRI współpracującą z Teleskopem Webb, t.j. instrument użyty do obserwacji Fomalhaut).

Z pewnością nie spodziewaliśmy się bardziej złożonej struktury z drugim, pośrednim pasem i następnie z szerokim pasem planetoid. Ta struktura jest bardzo ekscytująca, ponieważ gdy astronom widzi jakąś przerwę i pierścienie w dysku, to mówi: gdzieś tutaj musi być zanurzona planeta, która rzeźbi te pierścienie! – dodał Wolff.

Teleskop Webba sfotografował również to, co Gáspár przezwał „wielkim obłokiem pyłowym”, który najprawdopodobniej jest śladem po zderzeniu w zewnętrznym pierścieniu pomiędzy dwoma protoplanetarnymi obiektami (planetozymalami). Jest to inna struktura niż prawdopodobna planeta, która po raz pierwszy została zaobserwowana w zewnętrznym pierścieniu przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w 2008 roku. Dalsze obserwacje tym instrumentem pokazały, że w 2014 r. obiekt zniknął. Najbardziej przekonującą interpretacją tego zjawiska jest rozszerzający się obłok pyłowy, który powstał po zderzeniu dwóch lodowych planetozymali.

 

Obraz otoczenia młodej gwiazdy Fomalhaut (panel po lewej) uzyskany z pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Widać tutaj ogromny pyłowy pierścień otaczający Fomalhaut. Jest to pierścień protoplanetarny, w pobliżu którego zaobserwowano najprawdopodobniej zderzenie protoplanetarnych obiektów o średnicach kilkuset km (panel po prawej – model tego zjawiska). Szacuje się, że podobne kataklizmy wokół Fomalhaut powinny wydarzać się raz na mniej więcej 200 tysięcy lat (patrz rysunek poniżej z wizją artystyczną tego zjawiska). Źródło: NASA, ESA, and A. Gáspár and G. Rieke (University of Arizona)

Obraz otoczenia młodej gwiazdy Fomalhaut (panel po lewej) uzyskany z pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Widać tutaj ogromny pyłowy pierścień otaczający Fomalhaut. Jest to pierścień protoplanetarny, w pobliżu którego zaobserwowano najprawdopodobniej zderzenie protoplanetarnych obiektów o średnicach kilkuset km (panel po prawej – model tego zjawiska). Szacuje się, że podobne kataklizmy wokół Fomalhaut powinny wydarzać się raz na mniej więcej 200 tysięcy lat (patrz rysunek poniżej z wizją artystyczną tego zjawiska). Źródło: NASA, ESA, and A. Gáspár and G. Rieke (University of Arizona)

 

Wizja artystyczna zderzenia dwóch lodowo-pyłowych obiektów (planetozymali) o średnicach ~200 km, które orbitowały wokół jasnej gwiazdy Fomalhaut znajdującej się w odległości 25 l.św. od nas. Pierwsza interpretacja zakładała, że to była hipotetyczna planeta Dagon, której jasność osłabła i znikła z widoku Teleskopu Hubble’a. W bardziej prawdopodobnej wersji to było zderzenie dwóch planetozymali o średnicach ~200 km. Gdy materia ze zderzenia rozproszyła się powyżej 300 mln km, to obłok przestał być widoczny dla Teleskopu Hubble’a. Szacuje się, że podobne zjawiska zdarzają się raz na ~200 tysięcy lat. Źródło: ESA, NASA, and M. Kornmesser

Wizja artystyczna zderzenia dwóch lodowo-pyłowych obiektów (planetozymali) o średnicach ~200 km, które orbitowały wokół jasnej gwiazdy Fomalhaut znajdującej się w odległości 25 l.św. od nas (model tego zjawiska z lat 2004-2014 → na wcześniejszym zdjęciu w panelu po prawej). Pierwsza interpretacja zakładała, że to była hipotetyczna planeta Dagon, której jasność osłabła i znikła z widoku Teleskopu Hubble’a. W bardziej prawdopodobnej wersji to było zderzenie dwóch planetozymali o średnicach ~200 km. Gdy materia ze zderzenia rozproszyła się powyżej 300 mln km, to obłok przestał być widoczny dla Teleskopu Hubble’a. Szacuje się, że podobne zjawiska zdarzają się raz na ~200 tysięcy lat. Źródło: ESA, NASA, and M. Kornmesser


Idea protoplanetarnego dysku wokół gwiazdy pochodzi z końca XVIII wiek, gdy astronomowie  Immanuel Kant i Pierre-Simon Laplace rozwinęli niezależnie teorię, że Słońce i planety powstały z rotującego obłoku gazowego, który zapadł się i spłaszczył pod działaniem siły grawitacji. Dyski resztkowe tworzą się później – już po uformowaniu się planet i rozproszeniu pierwotnego gazu. Małe obiekty takie jak planetoidy zderzają się w sposób gwałtowny i następuje rozdrobnienie ich powierzchni na ogromne obłoki składające się z pyłu i innych pozostałości. Obserwacje tego pyłu dostarczają unikalnych wskazówek odnośnie struktury układu egzoplanetarnego – aż do planet o wielkości Ziemi i nawet planetoid, które są za małe, aby je zobaczyć pojedynczo.


Więcej informacji:

 

Źródło: NASA/ESA

Opracowanie: Ryszard Biernikowicz

Na ilustracji pokazano obraz zarejestrowany Teleskopem Webba, który prezentuje resztkowy dysk pyłowy otaczających młodą gwiazdę Fomalhaut odległą o około 25 l.św. Ta struktura rozciąga się aż na ~23 miliardy km (~150 j.a.). Dwa wewnętrzne pasy zostały po raz pierwszy zaobserwowane dzięki niezwykłej jakości obrazowania Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Źródło: NASA/ESA/CSA/A. Gáspár (University of Arizona)/A. Pagan (STScI)

Reklama