Pierwsza na świecie symulacja 3D, jednocześnie uwzględniająca ruch i wzrost pyłu wokół młodej gwiazdy pokazała, że duży pył z obszaru centralnego może być porywany, a następnie wyrzucany przez wypływ gazu. Ostatecznie opada z powrotem na zewnętrzne obszary dysku, gdzie może umożliwić formowanie się planetozymali. Proces ten da się porównać do wulkanicznego „wodospadu popiołu”, w którym popiół, unoszony przez gaz podczas erupcji, opada z powrotem na obszar wokół wulkanu. Wyniki te pomagają wyjaśnić obserwowane struktury pyłu wokół młodych protogwiazd.
Obserwacje przeprowadzone przez ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ujawniły szczeliny w dyskach protoplanetarnych wokół młodych gwiazd. Uważa się, że jedną z przyczyn powstawania tych pierścieni jest oddziaływanie grawitacyjne planet. Jednak niektóre pierścienie są widoczne w jeszcze dalszej odległości niż Neptun na orbicie okołosłonecznej. Na tych odległościach pyłu niezbędnego do formowania się planet powinno być niewiele. Co więcej, oczekuje się, że pył będzie przemieszczał się w kierunku centralnego obszaru dysku, w miarę wzrostu. Tak więc to, w jaki sposób planety mogą powstawać w tak zewnętrznych regionach dysku, pozostaje tajemnicą.
Zespół badawczy kierowany przez Yusuke Tsukamoto z Uniwersytetu Kagoshima wykorzystał ATERUI II, najpotężniejszy na świecie superkomputer przeznaczony do obliczeń astronomicznych w Japońskim Narodowym Obserwatorium Astronomicznym, do przeprowadzenia pierwszej na świecie trójwymiarowej symulacji ruchu i wzrostu pyłu w dysku protoplanetarnym. Zespół odkrył, że duże cząstki pyłu wyhodowane w obszarze centralnym mogą być przenoszone prostopadle do dysku przez strumienie gazu, zwane wypływem dwubiegunowym, wydobywające się z dysku. Pył ten następnie dryfuje z wypływu, a grawitacja ściąga go z powrotem do zewnętrznej części dysku. Tsukamoto komentuje: Mieszkając w Kagoshimie, w cieniu aktywnego wulkanu Mt. Sakurajima, naturalnie pomyślałem o opadzie pyłu wulkanicznego, gdy zobaczyłem wyniki symulacji.
Symulacja pokazuje, że ten „gwiezdny wodospad popiołu” może wzbogacić duży pył w zewnętrznym obszarze dysku protoplanetarnego i ułatwić formowanie się planetozymali, co może ostatecznie doprowadzić do powstania planet.
Wyniki ukazały się w „Astrophysical Journal Letters” 15 października 2021 roku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Stellar “Ashfall” Could Help Distant Planets Grow
- "Ashfall" Induced by Molecular Outflow in Protostar Evolution
Źródło: NAO
Na ilustracji: Wizja artystyczna „wodospadu popiołu” na dysk protoplanetarny. Źródło: Kagoshima University.
