Astronomowie odkryli po raz pierwszy księżyce formujące się w dysku szczątków wokół dużej egzoplanety. Astronomowie od dawna podejrzewają, że w ten sposób większe planety - takie jak Jowisz w naszym Układzie Słonecznym - otrzymują swoje księżyce. Wszystko dzieje się wokół bardzo młodej gwiazdy o nazwie PDS 70, około 370 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Centaura.
„Po raz pierwszy widzimy wyraźne oznaki dysku okołoplanetarnego…”
Andrea Isella, główny autor, Rice University
Przyjęta teoria powstawania planet nazywana jest hipotezą mgławicową. Wszystko zaczyna się od powstania gwiazdy w ogromnej chmurze gazu zwanej gigantyczną chmurą molekularną (GMC). Gdy gwiazda się formuje, chmura formuje się w obracający się spłaszczony dysk gazu i pyłu zwany dyskiem protoplanetarnym lub dyskiem okołogwiazdowym. Materia zaczyna zlewać się w grudki na tym dysku, a grudki te zamieniają się w planety.
Jeśli masa planety formującej się w dysku wzrośnie powyżej około 10 mas Ziemi, dzieje się coś innego. Ze względu na swoją masę planeta ta otwiera lukę w dysku protoplanetarnym. Gdy materiał przepływa przez tę szczelinę, może zbliżyć się na tyle blisko planety, że grawitacja planety dominuje nad grawitacją gwiazdy macierzystej. Materiał ten jest następnie uwięziony w dysku okołoplanetarnym (CPD) obracającym się wokół planety, jak dysk wewnątrz dysku.
Znaczna część materiału w dysku okołoplanetarnym jest wydzielana do formującej się planety. Ale nie wszystko. Te same siły, które stworzyły planety z dysku okołogwiazdowego, zaczynają działać. Mogą tworzyć księżyce z materiału obracającego się w dysku wokół planety.
Teraz zespół astronomów po raz pierwszy zauważył dysk okołoplanetarny i powstające w nim księżyce.
Głównym autorem badania opisującego te odkrycia jest Andrea Isella, astronom z Rice University w Houston w Teksasie. Odkrycia zostały opublikowane w listach The Astrophysical Journal i są zatytułowane „Wykrywanie emisji submilimetrowej Continuum związanej z kandydującymi protoplanetami”.
„Planety powstają z dysków gazu i pyłu wokół nowo tworzących się gwiazd, a jeśli planeta jest wystarczająco duża, może uformować własny dysk, gromadząc materiał na swojej orbicie wokół gwiazdy”, powiedziała Isella. „Jowisz i jego księżyce są na przykład małym układem planetarnym w naszym Układzie Słonecznym i uważa się, że księżyce Jowisza powstały z dysku okołoplanetarnego, gdy Jowisz był bardzo młody”.
Wszystko dzieje się wokół gwiazdy PDS 70. Ta gwiazda była w mediach około roku temu, gdy astronomowie uchwycili pierwszy w historii obraz nowo powstającej planety na dysku okołogwiazdowym. Ta planeta nazywa się PDS 70b. To odkrycie było wówczas ważną wiadomością, nie bez powodu.
PDS 70b nie jest jedyną planetą krążącą wokół gwiazdy. Istnieje inna planeta, PDS 70c, również na orbicie i obaj są gazowymi gigantami. Obie te planety zostały wykryte przez bardzo duży teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w optyce i podczerwieni. Ciepły blask wodoru gromadzącego się w parze planet wydał je.
Zespół połączył obserwacje VLT z nowymi obserwacjami radiowymi z Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA.) Rezultat jest przekonującym dowodem na istnienie dysku protoplanetarnego wokół najbardziej zewnętrznej gwiazdy PDS 70c.
„Po raz pierwszy widzimy wyraźne oznaki dysku okołoplanetarnego, który pomaga wesprzeć wiele obecnych teorii formowania się planet”, powiedziała Andrea Isella, główna autorka.
„Porównując nasze obserwacje z obrazami w podczerwieni i optyce o wysokiej rozdzielczości, możemy wyraźnie zobaczyć, że skądinąd enigmatyczne stężenie drobnych cząstek pyłu jest w rzeczywistości dyskowym pyłem krążącym wokół planety, pierwszą taką cechą, jaką kiedykolwiek zaobserwowano ostatecznie”, powiedział. Według naukowców po raz pierwszy wyraźnie widać planetę w tych trzech różnych pasmach światła.
Odpowiedzi na jedno pytanie, inne
PDS 70b i c mają różne cechy, a zespół prowadzący to badanie nie jest pewien, co to wszystko znaczy.
„Co to jest i co oznacza dla tego układu planetarnego, nie jest jeszcze znane”.
Andrea Isella, główny autor, Rice University
PDS 70c, najbardziej zewnętrzna gwiazda tej pary, jest tak daleko od swojej gwiazdy, jak Neptun od Słońca. Jest dokładnie w tym samym miejscu, co oczywisty węzeł pyłu widoczny w danych ALMA. Ponieważ ta planeta świeci tak jasno w pasmach podczerwieni i wodoru, astronomowie mogą przekonująco powiedzieć, że w pełni uformowana planeta już tam jest na orbicie. Jasne pasma podczerwieni i wodoru pokazują, że pobliski gaz wciąż gromadzi się na powierzchni planety, kończąc gwałtowny wzrost nastolatków.
Astronomowie szacują, że PDS 70c jest około 1 do 10 razy większa niż masa Jowisza. „Jeśli planeta znajduje się na większym końcu tego oszacowania, jest całkiem możliwe, że wokół niej mogą powstawać księżyce wielkości planety”, zauważyła Isella.
Ale PDS 70b ma coś innego. Te planety, które są mniej więcej w takiej samej odległości od swojej gwiazdy, jak Uran od Słońca, mają za sobą masę pyłu niczym ogon. A astronomowie nie są pewni, jak to pasuje.
„Co to jest i co oznacza dla tego układu planetarnego, nie jest jeszcze znane”, powiedziała Isella. „Jedyną rozstrzygającą rzeczą, jaką możemy powiedzieć, jest to, że jest wystarczająco daleko od planety, aby być niezależną cechą”.
Astronomowie są całkiem pewni, że proces, który widzą, rozgrywający się wokół PDS 70c, jest tym samym procesem, który pracował nad stworzeniem księżyców Jowisza. Warto jednak zauważyć, że inny gigant gazowy naszego Układu Słonecznego różni się od Jowisza. Księżyce Saturna powstały prawdopodobnie w wyniku dysku okołoplanetarnego, ale jego lodowe pierścienie zostały prawdopodobnie utworzone przez zderzające się ze sobą komety i inne skaliste ciała.
Te egzoplanetarne układy są niezwykle trudne do zaobserwowania w świetle optycznym i podczerwonym. Energia z gwiazdy w tych częściach widma zagłusza światło z planet. Ale nie dla ALMA.
ALMA koncentruje się na falach radiowych, a gwiazdy emitują fale radiowe słabo. Zespół twierdzi, że mogą nadal obserwować system PDS 70 z ALMA, aby obserwować, jak zmienia się i rozwija.
„Oznacza to, że będziemy mogli wrócić do tego systemu w różnych okresach czasu i łatwiej mapować orbitę planet i stężenie pyłu w systemie”, podsumowała Isella. „Dzięki temu uzyskamy unikalny wgląd w orbitalne właściwości układów słonecznych w ich najwcześniejszych stadiach rozwoju.”
Odkrycie tego dysku okołoplanetarnego i prawdopodobnych formujących się w nim księżyców jest samo w sobie interesujące, ale sposób, w jaki zespół znalazł dysk, jest również obiecujący na przyszłość. Chociaż znaleziono inne, to badanie jest najbardziej przekonujące.
„Istnieje kilka planet kandydujących, które zostały wykryte na dyskach, ale jest to bardzo nowa dziedzina i wszystkie są nadal przedmiotem dyskusji”, powiedziała Isella. „(PDS 70 b i PDS 70 c) należą do najbardziej niezawodnych, ponieważ przeprowadzono niezależne obserwacje przy użyciu różnych instrumentów i technik.”
W podsumowaniu pracy autorzy stwierdzają: „Twierdzimy, że obserwacje optyczne, NIR i (sub) milimetrowe są wysoce komplementarne, ponieważ badają różne aspekty procesów akrecji planet i są obarczone różnymi błędami systematycznymi”. Zauważają również, że sam ALMA nie jest w stanie wykonać pracy. Łącząc różne obserwacje, otworzyli te egzoplanety i dyski, aby uzyskać bardziej szczegółowe badania.
Z badania: „Gdy ALMA i istniejące teleskopy optyczne osiągają swoje pełne możliwości obrazowania, nadchodzące obserwacje pobliskich dysków okołogwiazdowych charakteryzujących się wnękami i szczelinami takimi jak obserwowane w PDS 70 mogą ujawnić więcej nowonarodzonych planet oddziałujących z ich dyskiem urodzeniowym. Takie obserwacje mają fundamentalne znaczenie dla badania procesów odpowiedzialnych za powstawanie układów planetarnych. ”
Źródła:
- Informacja prasowa: dysk księżycowy „Formujący Księżyc” odkryty w odległym układzie gwiezdnym
- Informacja prasowa: dysk księżycowy odkryty wokół odległej planety
- Artykuł badawczy: Wykrywanie emisji submilimetrowej Continuum związanej z kandydującymi protoplanetami
