Planety powstają, gdy ziarna pyłu w dysku protoplanetarnym rosną w kamyczki, a następnie w planety. Z racji, że małe ziarenka pyłu oddziałują z gazem, gaz w dyskach protoplanetarnych wpływa na rozmieszczenie małych ziarenek i tym samym na rozwój planet. Astronomowie starający się wyjaśnić, w jaki sposób oddziaływania pyłowo-gazowe wpływają na rozwój planet, są szczególnie zainteresowani badaniem grubości dysku w zależności od odległości od gwiazdy. W większości przypadków dysk rozciąga się na zewnątrz, gdy gwiazda centralna dominuje masą w układzie. Poprzez niezależne pomiary pionowej wysokości gazu i małych ziaren pyłu astronomowie mogą badać podstawowe charakterystyki dysku, takie jak stosunek masy gazu do masy pyłu oraz turbulencje w dysku.
Zespół astronomów zakończył pierwsze bezpośrednie porównanie pionowej wysokości gazu i pyłu. Modelowali oni archiwalne obserwacje wielopłaszczyznowe z ALMA, Hubble’a, i Gemini w trzech dyskach planetarnych, które szczególnie nadają się do takich pomiarów: układy są umiarkowanie nachylone do linii widzenia, aby zapewnić pewną trójwymiarową perspektywę, mają wystarczająco dużo gazowego i pyłowego tlenku węgla, aby można było zmierzyć te składniki, a dyski mają kilka pierścieni. Pierścienie rozpraszają światło i są potrzebne do oszacowania pionowej wysokości małych ziaren (pochodzenie pierścieni jest niepewne, być może zostały one wyrzeźbione przez planety lub przez zmianę temperatury, która wytwarza lód).
Astronomowie stwierdzili, że w dwóch układach gaz i pył w odległości do około stu jednostek astronomicznych od gwiazdy są skupione z tą samą strukturą, ale dalej ziarna pyłu mają mniejszą pionową wysokość niż gaz CO. W trzecim układzie oba składniki mają ten sam kształt we wszystkich odległościach. Naukowcy twierdzą, że stosunek masy gazu do pyłu większy niż 100 (typowa wartość dla ośrodka międzygwiazdowego) mógłby wyjaśnić zachowanie dwóch pierwszych układów. Zespół doszedł również do wniosku, że pionowe wysokości gazu i pyłu nie są po prostu funkcjami masy, wieku czy typu widmowego gwiazdy, ale w przyszłych pracach mają nadzieję wyjaśnić tę zależność.
Naukowcy ostrzegają, że uogólnienie wniosków na podstawie tylko trzech przykładów jest przedwczesne. Zauważają również, że mechanizmy powstawania pierścieni są niepewne i mógł wystąpić niezidentyfikowany efekt selekcji w tych układach. Na przykład, dyski te są stosunkowo duże, a mniejsze, bardziej typowe, mogłyby zachowywać się inaczej. Nie mniej ważne są efekty turbulencji i osiadania pyłu, które pozostają niepewne. Te pierwsze wyniki pokazują jednak, że techniki te są możliwe do zastosowania. Dodatkowe obserwacje i modelowanie powinny pozwolić scharakteryzować dyski innych układów i prześledzić więcej szczegółów procesów formowania się planet.
Więcej informacji:
- The Dust and Gas in Protoplanetary Disks
- Investigating the Relative Gas and Small Dust Grain Surface Heights in Protoplanetary Disks
Źródło: CfA
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Submilimetrowy obraz dysku protoplanetarnego wokół gwiazdy IM Lup ukazujący podwójne pierścienie gazu i pyłu. Źródło: K. Oberg, CfA, et al.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
