Zamrożony Latający Spodek w Mgławicy ro Ophiuchi

Dysk protoplanetarny Latający Spodek

Astronomowie wykorzystali teleskopy ALMA oraz IRAM do wykonania pierwszego bezpośredniego pomiaru temperatury dużych ziaren pyłu w zewnętrznych rejonach dysku protoplanetarnego wokół młodej gwiazdy. Stosując nowatorską technikę do obserwacji obiektu zwanego Latającym Spodkiem odkryli, że ziarna pyłu są dużo chłodniejsze niż oczekiwali – -266 stopni Celsjusza. Ten zaskakujący wynik sugeruje, że modele tych dysków muszą ulec aktualizacji.

Międzynarodowy zespół pracujący pod kierownictwem Stephanie Guilloteau z Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux we Francji zmierzył temperaturę dużych ziaren pyłu wokół młodej gwiazdy  2MASS J16281370-2431391 znajdującej się w spektakularnym regionie gwiazdotwórczym Rho Ophiuchi zlokalizowanym ok. 400 lat świetlnych od Ziemi.

Dysk wokół 2MASS J16281370-243

Owa gwiazd otoczona jest przez dysk gazu i pyłu – takie dyski zwane są dyskami protoplanetarnymi, bowiem jest to początkowe stadium powstawania układów planetarnych. Ten konkretny dysk obserwujemy dokładnie od strony krawędzi – dlatego jego wygląd w zakresie promieniowania widzialnego stoi za jego przezwiskiem – Latający Spodek.

Astronomowie wykorzystali sieć teleskopów Atamacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA) do obserwowania blasku pochodzącego od molekuł tlenku węgla znajdujących się w  dysku wokół 2MASS J16281370-2431391. Udało się wykonać bardzo wyraźne zdjęcia tego dysku, a na nich zaobserwowano coś bardzo dziwnego – w niektórych przypadkach rejestrowano ujemny sygnał! Zazwyczaj ujemny sygnał jest fizycznie niemożliwy, jednak w tym przypadku istnieje wytłumaczenie, które prowadzi do zaskakującego wniosku.

Ro Ophiuchi

Główny autor opracowania Stephane Guilloteau mówi: „Tego dysku nie obserwujemy na czarnym czy pustym tle. Zamiast tego obserwujemy go na tle blasku Mgławicy Rho Ophiuchi. Ten rozproszony blask jest zbyt rozległy, aby mogła go zarejestrować ALMA, ale dysk go pochłania. Powstający w ten sposób ujemny sygnał oznacza, że niektóre fragmenty dysku są chłodniejsze od tła. Ziemia jest dosłownie w cieniu Latającego Spodka!”

Zespół połączył pomiary dysku wykonane za pomocą ALMA z obserwacjami blasku tła wykonanymi za pomocą 30-metrowego teleskopu IRAM w Hiszpanii. W ten sposób uzyskano temperaturę ziaren pyłu tworzącego dysk. Ziarna mają temperaturę -266 stopni Celsjusza (zaledwie 8 stopni ponad absolutnym zerem, 7K) w odległości 15 miliardów kilometrów od gwiazdy centralnej. To pierwszy bezpośredni pomiar temperatury dużych ziaren pyłu (o rozmiarach rzędu 1 milimetra) tworzących tego typu obiekty.

Mgławica Ro Ophiuchi

Ta temperatura jest dużo niższa niż -258 do -253 stopni Celsjusza (15-20K) przewidywane przez większość obecnych modeli.  Wytłumaczeniem różnicy muszą być inne niż zakładane właściwości dużych ziaren pyłu, które mogłyby pozwolić na wychłodzenie ich do tak niskich temperatur.

„Aby zrozumieć wpływ tego odkrycia na strukturę dysku musimy znaleźć możliwe właściwości dysku, które mogą doprowadzić do tak niskich temperatur. Mamy kilka pomysłów – temperatura może zależeć od rozmiaru ziaren, gdzie duże ziarna są chłodniejsze niż małe. Jednak za wcześnie, aby o tym mówić,” dodaje współautor Emmanuel di Folco (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux).

Jeżeli tak niskie temperatury pyłu okażą się normalną cechą dysków protoplanetarnych – może to nieść wiele konsekwencji dla naszego rozumienia ich powstawania i ewolucji.

Inne właściwości pyłu mogą wpływać na to co się dzieje podczas zderzeń do których dochodzi między ziarnami, a tym samym mogą wpływać na ich rolę jako ziaren odpowiadających za powstawanie planet.

Niskie temperatury pyłu mogą także mieć duży wpływ na mniejsze dyski pyłowe, o których istnieniu już wiemy.  Jeżeli te dyski składają się w większości z większych lecz chłodniejszych ziaren niż dotąd uważaliśmy, oznacza to, że wciąż mogą być masywne i mogą w nich powstawać gazowe olbrzymy blisko gwiazdy centralnej.

Niezbędne są dalsze obserwacje lecz już teraz wydaje się, że zimny pył odkryty przez ALMA może mieć istotne konsekwencje dla naszej wiedzy o dyskach protoplanetarnych.

Źródło: ESO