Naukowo dokładny model Beta Pictoris i jego dysku. Kliknij, aby powiększyć
Dyski gazu i pyłu otaczające nowonarodzone gwiazdy są znane jako dyski proto-planetarne; które są uważane za regiony, w których ostatecznie powstają planety. Dyski te znikają wraz z dojrzewaniem gwiazd, ale niektóre gwiazdy wciąż można zobaczyć wokół chmury materii zwanej dyskami gruzowymi. Jednym z najbardziej znanych z nich jest dysk otaczający Beta Pictoris, oddalony o zaledwie 60 lat świetlnych.
Planety formują się w dyskach gazu i pyłu otaczających nowonarodzone gwiazdy. Takie dyski nazywane są dyskami proto-planetarnymi. Pył na tych dyskach staje się skalistymi planetami, takimi jak Ziemia, i wewnętrznymi rdzeniami gigantycznych planet gazowych, takich jak Saturn. Pył ten jest także składnikiem pierwiastków, które stanowią podstawę życia.
Dyski protoplanetarne znikają w miarę dojrzewania gwiazd, ale wiele gwiazd ma tak zwane dyski szczątkowe. Astronomowie wysuwają hipotezę, że gdy obiekty takie jak asteroidy i komety rodzą się z dysku proto-planetarnego, kolizje między nimi mogą wytworzyć wtórny dysk pyłowy.
Najbardziej znanym przykładem takich dysków pyłowych jest ta, która otacza drugą najjaśniejszą gwiazdę w gwiazdozbiorze Pictora, co oznacza „sztalugę malarza”. Ta gwiazda, znana jako Beta Pictoris lub Beta Pic, jest bardzo bliskim sąsiadem Słońca, oddalonym zaledwie o sześćdziesiąt lat świetlnych, a zatem jest łatwa do szczegółowego zbadania.
Beta Pic jest dwa razy jaśniejszy niż Słońce, ale światło z dysku jest znacznie słabsze. Astronomowie Smith i Terrile jako pierwsi wykryli to słabe światło w 1984 r., Blokując światło samej gwiazdy za pomocą techniki zwanej koronografią. Od tego czasu wielu astronomów obserwowało dysk Beta Pic za pomocą coraz lepszych instrumentów oraz teleskopów naziemnych i kosmicznych, aby szczegółowo zrozumieć miejsce narodzin planet, a tym samym życie.
Zespół astronomów z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii, Uniwersytetu Nagoya i Uniwersytetu Hokkaido po raz pierwszy połączył kilka technologii, aby uzyskać obraz polaryzacji w podczerwieni dysku Beta Pic o lepszej rozdzielczości i wyższym kontraście niż kiedykolwiek wcześniej: teleskop o dużej aperturze ( teleskop Subaru z dużym 8,2-metrowym zwierciadłem głównym, technologią optyki adaptacyjnej i urządzeniem do obrazowania koronograficznego zdolnym do robienia zdjęć światła o różnych polaryzacjach (Coronagraphic Imager Subaru z adaptacyjną optyką, CIAO).
Teleskop o dużej aperturze, szczególnie o doskonałej jakości obrazowania Subaru, pozwala widzieć słabe światło w wysokiej rozdzielczości. Technologia adaptacyjnej optyki zmniejsza zniekształcający wpływ atmosfery ziemskiej na światło, umożliwiając obserwacje w wyższej rozdzielczości. Coronagraphy to technika blokowania światła od jasnego obiektu, takiego jak gwiazda, w celu dostrzeżenia słabszych obiektów w pobliżu, takich jak planety i pył otaczający gwiazdę. Obserwując światło spolaryzowane, światło odbite można odróżnić od światła pochodzącego bezpośrednio z pierwotnego źródła. Polaryzacja zawiera również informacje o rozmiarze, kształcie i ustawieniu światła odbijającego pył.
Dzięki tej kombinacji technologii zespołowi udało się zaobserwować Beta Pic w świetle podczerwonym o długości dwóch mikrometrów przy długości fali z rozdzielczością jednej piątej sekundy łuku. Ta rozdzielczość odpowiada możliwości zobaczenia pojedynczego ziarna ryżu z odległości jednej mili lub nasion gorczycy z odległości jednego kilometra. Osiągnięcie tej rozdzielczości stanowi ogromną poprawę w porównaniu z poprzednimi obserwacjami polarymetrycznymi z lat 90., które miały rozdzielczość tylko około półtora sekundy łukowej.
Nowe wyniki zdecydowanie sugerują, że dysk Beta Pic zawiera planetozymale, asteroidę lub obiekty podobne do komet, które zderzają się, tworząc pył odbijający światło gwiazd.
Polaryzacja światła odbitego od dysku może ujawnić fizyczne właściwości dysku, takie jak skład, rozmiar i rozkład. Zdjęcie wszystkich dwóch długości fali światła mikrometrycznego pokazuje długą cienką strukturę dysku widoczną niemal na krawędzi. Polaryzacja światła pokazuje, że dziesięć procent światła o dwóch mikrometrach jest spolaryzowane. Wzór polaryzacji wskazuje, że światło jest odbiciem światła, które pochodzi z gwiazdy centralnej.
Analiza zmian jasności dysku wraz z odległością od centrum pokazuje stopniowy spadek jasności z niewielkimi oscylacjami. Niewielkie oscylacje jasności odpowiadają zmianom gęstości dysku. Najbardziej prawdopodobne wytłumaczenie jest takie, że gęstsze regiony odpowiadają miejscu zderzenia planetozymali. Podobne struktury były widziane bliżej gwiazdy we wcześniejszych obserwacjach przy dłuższych długościach fal przy użyciu COOLed kamery i spektrografu podczerwieni Subaru (COMICS) i innych instrumentów.
Podobna analiza zmian wielkości polaryzacji wraz z odległością od gwiazdy pokazuje zmniejszenie polaryzacji w odległości stu jednostek astronomicznych (jednostka astronomiczna to odległość między Ziemią a Słońcem). Odpowiada to miejscu, w którym jasność również maleje, co sugeruje, że w tej odległości od gwiazdy jest mniej planetozymali.
Gdy zespół zbadał modele dysku Beta Pic, które mogą wyjaśnić zarówno nowe, jak i stare obserwacje, odkrył, że pył w dysku Beta Pic jest ponad dziesięć razy większy niż typowe ziarna pyłu międzygwiezdnego. Dysk pyłowy Beta Pics jest prawdopodobnie wykonany z luźnych grudek pyłu i lodu o wielkości mikrometra, jak małe króliczki wielkości bakterii.
Razem wyniki te dostarczają bardzo silnych dowodów na to, że dysk otaczający Beta Pic jest generowany przez tworzenie i zderzenie planetozymali. Poziom szczegółowości tych nowych informacji wzmacnia nasze zrozumienie środowiska, w którym planety tworzą się i rozwijają.
Motohide Tamura, który przewodzi zespołowi, powiedział: „niewiele osób było w stanie zbadać miejsce narodzin planet, obserwując spolaryzowane światło za pomocą dużego teleskopu. Nasze wyniki pokazują, że jest to bardzo satysfakcjonujące podejście. Planujemy rozszerzyć nasze badania na inne dyski, aby uzyskać kompleksowy obraz tego, jak pył zamienia się w planety. ”
Wyniki te zostały opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal z 20 kwietnia 2006 r.
Członkowie zespołu: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Uniwersytet Nagoya, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Uniwersytet Hokkaido)
Badania te zostały wsparte przez japońskie Ministerstwo Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii poprzez dotację na badania naukowe w obszarach priorytetowych dla „rozwoju planet pozasłonecznych”.
Oryginalne źródło: NAOJ News Release
