Nowe zdjęcia względnie bliskiego dysku protoplanetarnego, wykonane przez teleskop Subaru na Mauna Kea, pokazują dziwne łuki w kształcie banana otaczające centralny rdzeń. Najbardziej prawdopodobne wytłumaczenie tych łuków polega na tym, że wokół gwiazdy krąży inny obiekt; albo gwiazda towarzysząca, albo duża planeta, a oddziaływanie grawitacyjne tego towarzysza zniekształca dysk materialny. Dysk protoplanetarny, znany jako HT142527, znajduje się 650 lat świetlnych od Ziemi.
Dokładne spojrzenie na dysk protoplanetarny wokół młodej gwiazdy przez dwa zespoły astronomów korzystających z teleskopu Subaru na Mauna Kea doprowadziło do nieoczekiwanego odkrycia dwóch łuków w kształcie bananów, zwróconych do siebie. Dysk otaczający gwiazdę HD142527 pokazuje także szczelinę, która może być burzliwym miejscem narodzin planety, oraz wydłużony łuk, który mógłby powstać podczas niedawnego spotkania z gwiezdnym sąsiadem. Odkrycie to jeszcze bardziej urozmaica oszałamiającą różnorodność protoplanetarnych kształtów dysków - od pączków po spirale - które astronomowie odkrywają, badając miejsca narodzin planet wokół innych gwiazd.
Astronomowie użyli dwóch różnych instrumentów na Subaru, aby obserwować dysk wokół HD 142527. Zespół z Nagoya University, National Astronomical Observatory of Japan / Graduate University for Advanced Studies (NAOJ / Sokendai) i Kobe University obserwował dysk protoplanetarny za pomocą aparatu koronograficznego z optyką adaptacyjną (CIAO) w bliskiej podczerwieni przy 1,65 i 2,2 mikrona z rozdzielczością 0,13 sekundy łukowej. Dzięki temu zespół mógł zobaczyć szczegóły dysku w skali porównywalnej z orbitą Urana i Neptuna w naszym Układzie Słonecznym. Technologia optyki adaptacyjnej zminimalizowała wpływ atmosfery ziemskiej, aby poprawić jakość obrazu. Koronagramia, która ukrywała gwiazdę centralną, aby łatwiej było ją wykryć słabszy materiał, również przyczyniła się do udanych obserwacji.
Kolejny zestaw obserwacji dokonanych przez naukowców z University of Tokyo, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), NAOJ / Sokendai i Ibaraki University koncentrował się na dysku protoplanetarnym w zakresie średniej podczerwieni o długości fali 18,8 i 24,5 mikrona za pomocą chłodzonej kamery Subaru w środkowej podczerwieni i spektrograf (COMICS). Obrazy o rozdzielczości przestrzennej 0,5 sekundy łukowej i 0,6 sekundy łukowej pokazują promieniowanie emitowane przez dysk do ponad 100 jednostek astronomicznych, czyli trzykrotnie więcej niż odległość Neptuna od Słońca. To pierwszy przypadek wykrycia dysku protoplanetarnego w środkowej podczerwieni na tak dużą odległość.
Obserwacje w środkowej podczerwieni rozciągają się również bliżej gwiazdy i ujawniają wyraźną szczelinę między dwiema oddzielnymi strukturami: dysk kompaktowy o promieniu około 80 jednostek astronomicznych i dysk rozszerzony, który przypomina kształt podzielonego banana, obserwowany w obserwacjach w bliskiej podczerwieni i dociera do promienia 170 jednostek astronomicznych. Zarówno w przypadku zdjęć w bliskiej podczerwieni, jak i w środkowej podczerwieni różnica jasności po przeciwnych stronach rozszerzonego dysku wynika z nachylenia dysku. Strona dalej od nas jest słabsza w bliskiej podczerwieni. W środkowej podczerwieni jest jaśniej.
Obserwacje w średniej podczerwieni pokazały również wielkość ziaren pyłu w dysku i ich temperaturę. Na podstawie tych informacji zespół był w stanie ustalić, że ziarna pyłu w dysku rosną do rozmiarów większych niż jest to typowe dla pyłu występującego między gwiazdami.
Przed uzyskaniem tych szczegółowych obrazów astronomowie spodziewali się znaleźć gładkie dyski wokół młodych gwiazd. Jednak ostatnie obserwacje dysków wokół gwiazd GG Tauri i AB Aurigae zmieniły obraz. GG Tauri ma dysk w kształcie pączka, a dysk wokół AB Aurigae ma wyraźnie spiralny kształt. Konstrukcja HD142527 typu „split banana” wydaje się teraz odmianą na temat różnorodnych dysków protoplanetarnych.
Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem kształtu HD 142527 z bananem jest obecność innego obiektu krążącego wokół gwiazdy, znacznie ciemniejszej gwiazdy towarzyszącej lub być może planety. Rozszerzony łuk jest najprawdopodobniej spowodowany grawitacyjnym holowaniem przechodzącej gwiazdy gdzieś w ciągu ostatniego tysiąca lat. Ponieważ astronomowie oczekują, że większość gwiazd rodzi się w grupach wraz z innymi gwiazdami, wiele cech nowo zapisanego dysku HD142427 może być wspólnych dla innych gwiazd urodzonych z towarzyszami.
Nowe obrazy to pierwsze obrazy dysku protoplanetarnego HD142527, jakie kiedykolwiek uzyskano, i wśród nielicznych przykładów udanego bezpośredniego obrazowania dysku protoplanetarnego z teleskopu ziemskiego. HD142527 leży zaledwie około 650 lat świetlnych od Ziemi, ale pomimo bliskości tej gwiazdy, turbulencje w atmosferze naszej planety sprawiają, że wyraźne zdjęcia jej słabego dysku protoplanetarnego są niezwykle trudne
dostać. Udane obserwacje, które doprowadziły do tych wyników, zależały od wielkości, stabilności i położenia teleskopu Subaru i jego instrumentów, a także zastosowania jego adaptacyjnej optyki i technologii koronograficznej.
Dyski protoplanetarne i zalety obserwacji w podczerwieni
Aby zrozumieć, w jaki sposób powstają planety, ważne jest, aby dowiedzieć się o dyskach protoplanetarnych. Te nagromadzenia gazu i pyłu otaczają młode gwiazdy i są miejscem narodzin planet. Gdy gwiazda rodzi się i rośnie, dysk formuje się z tego samego materiału co gwiazda - gaz z małym składnikiem pyłu.
Z czasem pył w dyskach protoplanetarnych gromadzi się w większe obiekty, które ostatecznie tworzą protoplanety. Te zderzają się tworząc planety. Ostatnio astronomowie badali gwiazdy mające około miliona lat, aby zrozumieć zakurzone środowisko, w którym tworzą się planety. Obserwacje w podczerwieni są szczególnie potężnymi narzędziami, które pomagają scharakteryzować szczegółowe struktury wokół takich gwiazd.
Dyski protoplanetarne emitują światło o wielu długościach fal, w tym falach widzialnych, podczerwonych i milimetrowych. Długości fal podczerwieni przenoszą informacje o strukturze, temperaturze i innych właściwościach fizycznych dysku i jego cząstek pyłu. Jednak nawet w przypadku obserwacji w podczerwieni obserwowanie ich jest nadal trudne. Dyski protoplanetarne są słabe w porównaniu do otaczających ich gwiazd, więc uzyskanie ich zdjęć może być trudne.
Dyski protoplanetarne odbijają światło bliskiej podczerwieni od gwiazdy centralnej. Dzięki zastosowaniu technologii optyki adaptacyjnej obserwacje w bliskiej podczerwieni mogą ujawnić szczegółową strukturę dysku w wysokiej rozdzielczości. Ponieważ jednak światło nie pochodzi bezpośrednio z dysku, nie przenosi informacji o temperaturze i gęstości dysku.
Przy dłuższych długościach fal w środkowej podczerwieni rozdzielczość spada, ale można zaobserwować światło emitowane przez sam dysk, aby uzyskać informacje o temperaturze dysku. Ponieważ gwiazda centralna jest również słabsza przy dłuższych długościach fal, łatwiej jest badać regiony bliższe gwiazdy przy długościach fali w średniej podczerwieni. Łączenie obserwacji zarówno w zakresie fal bliskiej, jak i średniej podczerwieni daje bardziej kompleksowy obraz dysków protoplanetarnych.
Wyniki te zostały opublikowane w wydaniach Astrophysical Journal z 10 stycznia 2006 r. I 20 czerwca 2006 r. (ApJ 636: L153 i ApJ 644: L133)
Badania otrzymały wsparcie z japońskiego Ministerstwa Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii Fundusze Badawcze dla określonych obszarów badawczych na „Rozwój badań planet pozasłonecznych”.
Oryginalne źródło: Subaru News Release
