Pierwsze ślady lodowych komet wokół gwiazd podobnych do Słońca

Wizja artystyczna pierścienia pyłowego otaczającego HD 181327. Źródło: Amanda Smith, University of Cambridge
Wizja artystyczna pierścienia pyłowego otaczającego HD 181327. Źródło: Amanda Smith, University of Cambridge

Międzynarodowy zespół astronomów odkrył lód i komety krążące wokół pobliskiej gwiazdy podobnej do Słońca. Odkrycie może pozwolić nam spojrzeć na rozwój naszego własnego Układu Słonecznego.

W danych zebranych za pomocą Atacama Large Milimeter Array (ALMA) naukowcy pracujący pod kierownictwem astronomów z Uniwersytetu w Cambridge odkryli bardzo niskie poziomy tlenku węgla w pobliżu gwiazdy – w ilościach zgodnych z kometami w naszym układzie planetarnym.

Wyniki, które zostaną zaprezentowane dzisiaj podczas konferencji ‚Resolving Planet Formation in the era of ALMA and extreme AO’ w Santiago w Chile stanowią pierwszy krok w określaniu właściwości obłoków komet krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca tuż po ich narodzeniu.

Komety to tak naprawdę brudne kule śniegowe składające się z lodu i skał, za którymi czasami ciągnie się ogon pyłu lub odparowującego lodu. Powstają one na bardzo wczesnym etapie formowania się układów planetarnych. Zazwyczaj komety znajduje się przy zewnętrznych krawędziach układu planetarnego, jednak bardziej widoczne stają się dopiero gdy odwiedzają wewnętrzne obszary układu. Przykładowo Kometa Halleya odwiedza wnętrze Układu Słonecznego co 75 lat, inne komety docierają do nas nawet co 100 000 lat, a niektóre wpadają na wizytę tylko jeden raz, po czym uciekają w przestrzeń międzygwiezdną.

Uważa się, że gdy powstawał Układ Słoneczny Ziemia była skalistym globem podobnym do dzisiejszego Marsa, a dopiero gdy komety zaczęły uderzać w powierzchnię młodej planety, przyniosły ze sobą wiele nowych pierwiastków i związków, m.in. wodę.

Badana przez zespół gwiazda – HD 181327 – charakteryzuje się masą 30% większą od masy Słońca i znajduje się 160 lat świetlnych od Ziemi w Gwiazdozbiorze Malarza. Tworzący się tam układ ma dopiero 23 miliony lat – niewiele w porównaniu do 4,6 miliardów lat w przypadku Układu Słonecznego.

Zdjęcie pierścienia komet wokół gwiazdy HD 181327 wykonane za pomocą ALMA (kolory zostały zmienione). Białe kontury przedstawiają rozmiary Pasa Kuipera w Układzie Słonecznym. Źródło: Amanda Smith, University of Cambridge
Zdjęcie pierścienia komet wokół gwiazdy HD 181327 wykonane za pomocą ALMA (kolory zostały zmienione). Białe kontury przedstawiają rozmiary Pasa Kuipera w Układzie Słonecznym. Źródło: Amanda Smith, University of Cambridge

„Młode układy takie jak ten są bardzo aktywne, komety i planetoidy bezustannie się zderzają tak ze sobą, jak i z planetami,” mówi Sebastian Marino, doktorant z Instytutu Astronomii w Cambridge i główny autor artykułu. „Układ ten przypomina nasz układ planetarny pod względem składu lodu – dlatego też jest świetnym miejscem do badania jak wyglądał Układ Słoneczny w swojej młodości.”

Za pomocą ALMA astronomowie obserwowali gwiazdę otoczoną pierścieniem pyłu ze zderzeń komet, planetoid i innych ciał niebieskich. Całkiem możliwe, że wokół tej gwiazdy krążą także planety, ale pozostają one poza zasięgiem aktualnie dostępnych teleskopów.

„Jeżeli założymy, że wokół tej gwiazdy krążą planety, to najprawdopodobniej już by się uformowały i ich zaobserwowanie wymagałoby bezpośredniego obrazowania – a to technika, którą aktualnie możemy stosować tylko dla największych planet takich jak Jowisz,” mówi współautorka artykułu Luca Matra, doktorantka w Instytucie Astronomii w Cambridge.

W celu sprawdzenia czy wokół gwiazdy krążą komety, naukowcy wykorzystali obserwatorium ALMA do poszukiwania sygnatur gazu, ponieważ kolizje, które spowodowały powstanie pierścienia pyłowego powinny także doprowadzić do uwolnienia gazu. Jak dotąd  taki gaz został odkryty tylko wokół kilku gwiazd znacznie masywniejszych niż Słońce. Przy wykorzystaniu symulacji do modelowania składu chemicznego w układzie, naukowcy byli w stanie wzmocnić stosunek sygnału do szumu w danych ALMA i wykryć bardzo niskie poziomy tlenku węgla.

„To jak dotąd najniższe stężenie gazu w pasie planetoid i komet jakie udało się wykryć. Naprawdę wykorzystujemy pełną moc ALMA,” mówi Marino.

„Wykryta przez nas ilość gazu odpowiada bryle lodu o średnicy 200 kilometrów. To naprawdę niesamowite zważając z odległość z jaką mamy do czynienia,” mówi Matra.

Wyniki badań zostały zaakceptowane do publikacji w periodyku  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Źródło: Uni of Cambridge