Takie planetarne zderzenia są prawdopodobnie powszechne w młodych układach słonecznych, ale nie zostały jeszcze bezpośrednio zaobserwowane.
Młode układy planetarne zazwyczaj doświadczają ekstremalnych bólów wzrostu, gdy małe ciała zderzają się i łączą, tworząc coraz większe planety. W naszym własnym Układzie Słonecznym Ziemia i Księżyc są uważane za produkty tego typu olbrzymich zderzeń. Astronomowie przypuszczają, że takie zderzenia powinny być powszechne we wczesnych układach planetarnych, jednak trudno je zaobserwować wokół innych gwiazd.
Obecnie zespół astronomów odkrył dowody na olbrzymie zderzenie, które miało miejsce w pobliskim układzie gwiezdnym, zaledwie 95 lat świetlnych od Ziemi. Gwiazda ta, nosząca nazwę HD 172555, ma około 23 miliony lat i naukowcy podejrzewali, że jej pył nosi ślady niedawnej kolizji.
Zespół kierowany przez naukowców z MIT zaobserwował kolejne dowody na olbrzymie zderzenie wokół gwiazdy. Ustalili, że zderzenie prawdopodobnie miało miejsce pomiędzy planetą typu ziemskiego o rozmiarach zbliżonych do Ziemi a mniejszym impaktorem co najmniej 200 000 lat temu, przy prędkości 10 km/s.
Co istotne, wykryto gaz wskazujący, że takie szybkie uderzenie prawdopodobnie zdmuchnęło część atmosfery większej planety – dramatyczne wydarzenie, które tłumaczyłoby obserwowany gaz i pył wokół gwiazdy. Odkrycia, które ukazały się w Nature 20 października 2021 roku, stanowią pierwszą tego typu detekcję.
Wyraźny sygnał
Gwiazda HD 172555 jest obiektem zainteresowania astronomów ze względu na niezwykły skład jej pyłu. Obserwacje przeprowadzone w ostatnich latach pokazały, że pył gwiazdowy zawiera duże ilości niezwykłych minerałów, w ziarnach, które są znacznie drobniejsze niż astronomowie oczekiwaliby od typowego dysku szczątków gwiazdy.
Główna autorka pracy, Tajana Schneiderman z MIT oraz jej koledzy, zastanawiali się, co ten gaz może ujawnić na temat historii zderzeń układu. Przejrzeli archiwalne dane zebrane przez ALMA w Chile, szukając śladów tlenku węgla wokół pobliskich gwiazd.
Kiedy chce się badać gaz w dyskach szczątków, tlenek węgla jest zazwyczaj najjaśniejszy, a przez to najłatwiej go znaleźć – mówi Schneiderman. Tak więc ponownie przyjrzeliśmy się danym dotyczącym CO dla HD 172555, ponieważ był to interesujący układ.
W następstwie
Dzięki ponownej starannej analizie, zespół był w stanie wykryć tlenek węgla wokół gwiazdy. Kiedy zmierzyli jego obfitość, stwierdzili, że gaz ten stanowi 20% CO znajdującego się w atmosferze Wenus. Zaobserwowali również, że gaz krąży w dużych ilościach zaskakująco blisko gwiazdy, w odległości około 10 jednostek astronomicznych.
Tlenek węgla jest zazwyczaj podatny na fotodysocjację, czyli proces, w którym fotony gwiazdy rozbijają i niszczą cząsteczkę. Tak blisko gwiazdy zwykle jest bardzo mało tlenku węgla. Dlatego też, grupa testowała różne scenariusze, aby wyjaśnić obfite występowanie gazu tak blisko.
Szybko wykluczyli scenariusz, w którym gaz powstał ze szczątków nowo powstałej gwiazdy, jak również taki, w którym gaz został wyprodukowany przez znajdujący się blisko pas lodowych asteroid. Rozważano również scenariusz, w którym gaz był emitowany przez wiele lodowych komet nadlatujących z odległego pasa asteroid, podobnego do naszego Pasa Kuipera. Jednak dane nie do końca pasowały do tego scenariusza. Ostatnim rozważanym przez zespół scenariuszem było to, że gaz jest pozostałością po olbrzymim zderzeniu.
Ze wszystkich scenariuszy jest to jedyne, co może wyjaśnić wszystkie właściwości danych – powiedziała Schneiderman. W układach w tym wieku spodziewamy się olbrzymich zderzeń, i spodziewamy się, że będą one naprawdę dość częste. Skale czasowe się zgadzają, wiek się zgadza, i ograniczenia morfologiczne i kompozycyjne się zgadzają. Jedynym prawdopodobnym procesem, który mógłby tworzyć CO w tym układzie w tym kontekście jest olbrzymie uderzenie.
Zespół badawczy szacuje, że gaz został uwolniony w wyniku olbrzymiego zderzenia, które miało miejsce 200 000 lat temu – na tyle niedawno, że gwiazda nie zdążyła całkowicie zniszczyć gazu. Bazując na obfitości gazu, zderzenie było prawdopodobnie olbrzymie, w którym uczestniczyły dwie protoplanety, prawdopodobnie porównywalne wielkością do Ziemi. Uderzenie było tak wielkie, że prawdopodobnie zdmuchnęło część atmosfery jednej planety, w postaci gazu, który zespół obserwuje dzisiaj.
Więcej informacji:
- Astronomers detect signs of an atmosphere stripped from a planet during giant impact
- Carbon monoxide gas produced by a giant impact in the inner region of a young system
Źródło: MIT
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna olbrzymiego zderzenia w pobliskim układzie HD 172555. Źródło: Mark A. Garlick/MIT
