Astronomowie lubią obserwować odległe młode gwiazdy podczas formowania się. Gwiazdy rodzą się z obłoku molekularnego, a gdy wystarczająca ilość materii w obłoku zlepi się, fuzja zapala się i gwiazda zaczyna swoje życie. Pozostały materiał z formowania się gwiazdy nazywa się dyskiem okołogwiazdowym.
Gdy materiał w dysku okrężnym wiruje wokół obecnie obracającej się gwiazdy, zlepia się na pojedyncze planety. Gdy w nim powstają planety, pozostawiają luki na tym dysku. A przynajmniej tak nam się wydaje.
Jedna z najczęściej obserwowanych młodych gwiazd nazywa się HL Tauri. Jest w gwiazdozbiorze Byka i znajduje się w odległości około 450 lat świetlnych. Atacama Large Millimeter Array (ALMA) uchwycił dobrze znany obraz HL Tauri w 2014 roku. Jest to najostrzejsze zdjęcie wykonane kiedykolwiek przez ALMA.
Od tego czasu astronomowie obserwowali inne młode gwiazdy, a także odkryli luki w dyskach. Zauważ, że ALMA, jak sama nazwa wskazuje, nie jest teleskopem światła widzialnego. W dyskach okołogwiazdowych jest tyle gazu i pyłu, że światło widzialne jest bezużyteczne do ich badania. ALMA obserwuje fale świetlne między podczerwienią a falami radiowymi, dzięki czemu może zajrzeć do wirującego dysku gazu i pyłu.
W nowym badaniu przyjrzano się 18 młodym gwiazdom i ich dyskom i znaleziono dowody na to, że 8 z tych gwiazd ma tak zwane „załamania prędkości”, które mogą sygnalizować obecność młodych, wciąż formujących się planet. Badanie nosi tytuł „Dziewięć zlokalizowanych odchyleń od rotacji Keplerowskiej w dyskach okołogwiazdowych DSHARP: dowody kinematyczne dla protoplanet wycinających luki”. Autorem wiodącym badania jest Christophe Pinte z Monash University w Australii i University of Grenoble Alpes, Francja). Artykuł został opublikowany w The Astrophysical Journal Letters.
Chociaż astronomowie widzą luki w dyskach międzygwiezdnych, nie widzą planet. Po latach prób z jednymi z najlepszych teleskopów na świecie astronomowie tylko bezpośrednio zobrazowali pojedynczą egzoplanetę w szczelinie wokół jednej gwiazdy. Więc chociaż może wydawać się oczywiste, że planety dziecięce są odpowiedzialne i naprawdę nie ma innego sposobu, w jaki mogłyby się uformować, wciąż jest to niepotwierdzona teoria. To nowe badanie pozwala stwierdzić, że przynajmniej niektóre zaobserwowane luki w dyskach okołogwiazdowych są spowodowane przez planety.
W badaniu wykorzystano dane z projektu Disk Substructures at High Angular Resolution (DSHARP). DSHARP używa ALMA do badania pobliskich jasnych dysków okołogwiazdowych (zwanych również dyskami protoplanetarnymi). Według strony internetowej, DSHARP jest „zaprojektowany do oceny rozpowszechnienia, form, lokalizacji, rozmiarów i amplitud drobnych podstruktur w rozkładach materiału dysku i tego, jak mogą być one powiązane z procesem formowania się planety”.
Istnieją inne wyjaśnienia kandydatów dotyczące braków w dyskach. Jednym z nich są linie śniegu lub linie mrozu. Na krążku międzygwiezdnym szczątków linia mrozu to odległość od gwiazdy, w której jest wystarczająco zimno, aby zamarzły substancje lotne. Obejmuje to nie tylko lód wodny, ale także amoniak, metan, dwutlenek węgla i inne. Poza linią mrozu substancje te zamarzają w twarde ziarna lodu.
Innym możliwym wyjaśnieniem tych luk jest spiekanie ziarna pyłu. Wtedy kurz zagęszcza się w stałą strukturę przez ciepło i ciśnienie, ale bez topnienia. Zespół naukowców zbadał ten pomysł w tym artykule.
Innymi kandydatami są efekty magnetohydodynamiczne, przepływy strefowe i pułapki przeciwpyłowe wywołane przez siebie. Po zdjęciu HL Tauri i jego pierścieni w 2014 r. ALMA naukowcy opublikowali szereg artykułów przedstawiających dowody na korzyść wszystkich tych możliwych wyjaśnień.
Ale żadne z nich nie jest tak intrygujące jak wyjaśnienie małej planety. A ponieważ wiemy teraz, że większość, jeśli nie wszystkie, gwiazdy są gospodarzami egzoplanet, ma to sens.
ALMA nie robi po prostu zdjęć tych młodych gwiazd i ich gruzu. Wykorzystuje swoją moc do badania dystrybucji gazu na dyskach. Poniższy obraz pochodzi z nowego badania. Porównuje rozkład gazu na pięciu dyskach z pomiarami prędkości tego samego dysku.
Sercem tego nowego badania są tak zwane „załamania prędkości”.
Dysk gruzów okołogwiazdowych wokół HL Tauri i innych młodych gwiazd jest w dużej mierze wykonany z gazu i obraca się. Gdy się obraca, jego ruch jest regulowany przez prędkość Keplera. Prędkość Kepleriana opisuje, jak dysk materiału powinien się poruszać, gdy jest zdominowany przez masywne ciało w jego centrum. Ale jak pokazuje powyższy obraz, gaz jest załamany. Według autorów nowego artykułu, te załamania są dowodem na młode planety.
Z artykułu: „Osadzone planety zakłócają przepływ gazu Keplerowskiego w ich pobliżu, wywołując fale spiralne w rezonansach Lindblada zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz ich orbit”.
Dla co najmniej jednej z 20 młodych gwiazd zakłócony przepływ jest dowodem dużych gazowych gigantów: „Dokładne pomiary krzywych obrotu ujawniły, na przykład, gradienty ciśnienia promieniowego i pionowe przepływy, prawdopodobnie napędzane przez szczeliny wyryte w gęstości powierzchniowej gazu przez Jowisza -masuj planety na dysku HD 163296. ”
Badanie przedstawia wiele mocnych dowodów na poparcie protoplanet. Ale autorzy przyznają, że mogą istnieć inne przyczyny. Jeden z nich znajduje się w samych danych.
„Kilka efektów obserwacyjnych i mechanizmów fizycznych może wytwarzać cechy na mapach kanałów, które wyglądają jak załamania prędkości” - twierdzą autorzy. „Najbardziej oczywistym jest proces rekonstrukcji przy niskim stosunku sygnału do szumu, który często powoduje nierównomierną emisję, którą można pomylić z załamaniami. Nie możemy wykluczyć, że takie artefakty są obecne w danych DSHARP… ”
Podjęli jednak kroki w celu wyeliminowania tych błędów, a na końcu artykułu przedstawiają kilka podsumowań:
- „Znaleźliśmy dziewięć zlokalizowanych (specyficznych dla kanału) zaburzeń prędkości wskazujących na ruch nie-Keplerowski w obserwacjach DSHARP 8 dysków protoplanetarnych, spośród 18 wybranych źródeł.”
- „Obecność zatopionych planet w naturalny sposób wyjaśniałaby zarówno pierścienie kontinuum, jak i odchylenia prędkości gazu od obrotu Keplerowskiego.”
- „Jeśli planety rzeczywiście są odpowiedzialne za te wstępne załamania prędkości, powinny mieć masy rzędu Jowisza.”
- W kilku przypadkach autorzy nie mogli dojść do jednoznacznych wniosków. „… Niewykrycie na innych dyskach lub w innych lukach na dyskach, na których wykryliśmy załamanie, niekoniecznie oznacza brak planet masy Jowisza.”
Więc mamy to. Ten dokładny i interesujący artykuł promuje ideę, że szczeliny w dyskach z odpadami okołogwiazdowymi są rzeczywiście powodowane przez młode planety.
Wraz ze wzrostem naszej siły obserwacyjnej i wraz z uruchomieniem teleskopów takich jak James Webb i inni dowody prawdopodobnie staną się bardziej jednoznaczne.
Ale w nauce nie wiesz, dopóki nie wiesz.
Więcej:
- Informacja prasowa: Wyróżniony obraz: Dowody na istnienie planet na dyskach?
- Artykuł badawczy: Dziewięć zlokalizowanych odchyleń od rotacji Keplerowskiej w dyskach okołogwiazdowych DSHARP: dowody kinematyczne dla protoplanet wycinających luki
- Space Magazine: Spójrz na tę fascynującą różnorodność dysków tworzących planety wokół innych gwiazd
