ALMA odkrywa pokaźne ilości gazu wokół większych gwiazd

Wizja artystyczna przedstawiająca dysk odłamków otaczający gwiazdę w asocjacji Skorpiona-Centaura. ALMA odkryła, że - wbrew oczekiwaniom - masywniejsze gwiazdy w tym obszarze otoczone są dużymi ilościami tlenku węgla. To odkrycie może stanowić istotną wskazówkę dla naukowców badających procesy powstawania gazowych olbrzymów wokół młodych gwiazd. Źródło: NRAO/AUI/NSF, D. Berry /SkyWorks
Wizja artystyczna przedstawiająca dysk odłamków otaczający gwiazdę w asocjacji Skorpiona-Centaura. ALMA odkryła, że – wbrew oczekiwaniom – masywniejsze gwiazdy w tym obszarze otoczone są dużymi ilościami tlenku węgla. To odkrycie może stanowić istotną wskazówkę dla naukowców badających procesy powstawania gazowych olbrzymów wokół młodych gwiazd. Źródło: NRAO/AUI/NSF, D. Berry /SkyWorks

Astronomowie korzystający z sieci Atacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA) zbadali dziesiątki młodych gwiazd – takich jak Słońce jak i dwukrotnie większych –  i odkryli, że te większe gwiazdy charakteryzują się znacznie większą ilością tlenku węgla w krążących wokół nich dyskach odłamków. W przeciwieństwie do nich, gwiazdy o niższej masie – takie jak Słońce – posiadają dyski odłamków praktycznie pozbawione jakiegokolwiek gazu.

Odkrycie to zaskoczyło astronomów, którzy uważali, że silniejsze promieniowanie emitowane przez większe gwiazdy powinno szybciej usuwać gaz z dysku odłamków niż słabsze promieniowanie mniejszych gwiazd. Ponadto odkrycie to znacznie powiększy naszą wiedzę o procesach powstawania gazowych olbrzymów krążących wokół młodych gwiazd.

Dyski odłamków odkrywane są wokół gwiazd, które odrzuciły już swój pyłowy, wypełniony gazem dysk protoplanetarny, a wokół nich zaczynają powstawać planety, planetoidy, komety i inne planetazymale. W pobliżu młodszych gwiazd wiele z tych nowo powstałych obiektów musi jeszcze znaleźć swoje stabilne orbity z czasem zderzając się ze sobą, co prowadzi do powstania dysku odłamków drugiej generacji.

„Wcześniejsze pomiary spektroskopowe dysków odłamków wykazały, że niektóre z nich zawierały nadmiar tlenku węgla,” mówi Jese Lieman-Sifry, główny autor artykułu opublikowanego w periodyku  Astrophysical Journal. W trakcie obserwacji Lieman-Sifry był studentem astronomii na Wesleyan University w Middletown, Connecticut. „To było zaskakujące odkrycie, bowiem astronomowie uważali, że tego gazu tam nie powinno być, skoro obserwujemy już dysk odłamków,” dodaje.

W poszukiwaniu informacji, które mogłyby powiedzieć nam dlaczego niektóre gwiazdy posiadają dyski tak bogate w gaz, Lieman-Sifry wraz ze swoim zespołem zbadał 24 układy gwiezdne w asocjacji w Skorpionie-Centaurze. To zgromadzenie gwiazd znajdujące się kilkaset lat świetlnych od Ziemi zawiera setki gwiazd o niskiej i o średniej masie. W tym przypadku naukowcy określają Słońce jako gwiazdę o niskiej masie.

Następnie astronomowie zawęzili swoje badania do gwiazd w wieku między 5 i 10 milionami lat – to wiek, w którym gwiazdy są na tyle dojrzałe, że mogą posiadać pełne układy planetarne i dyski odłamków – i wykorzystali obserwatorium ALMA do zbadania „poświaty” w zakresie milimetrowym pochodzącej od tlenku gazu znajdującego się w dyskach odłamków wokół tych gwiazd.

Zespół badaczy wykonał przegląd gwiazd w ciągu sześciu nocy między grudniem 2013 a grudniem 2014 roku, każdej nocy obserwując zaledwie przez 10 minut. W tamtym czasie ten program badawczy był najobszerniejszym interferometrycznym przeglądem dysków odłamków wokół gwiazd, jaki kiedykolwiek przeprowadzono.

Zdjęcie wykonane za pomocą ALMA przedstawiające dysk odłamków otaczający jedną z gwiazd w asocjacji Skorpion-Centaur, znaną pod oznaczeniem HIP 73145. Zielony obszar to tlenek węgla wypełniający dysk odłamków.
Zdjęcie wykonane za pomocą ALMA przedstawiające dysk odłamków otaczający jedną z gwiazd w asocjacji Skorpion-Centaur, znaną pod oznaczeniem HIP 73145. Zielony obszar to tlenek węgla wypełniający dysk odłamków.

Uzbrojeni w ten niesamowicie bogaty zestaw obserwacji astronomowie odkryli największą dotąd próbkę dysków bogatych w gaz przeanalizowaną w jednym badaniu. W tej próbce kilkudziesięciu dysków badacze dostrzegli trzy charakteryzujące się silną emisją od tlenku węgla. Ku ich zaskoczeniu, wszystkie trzy dyski otaczały gwiazdy o masie dwukrotnie większej od masy Słońca. Żadna z 16 mniejszych gwiazd nie posiadała dysku z dużą ilością tlenku węgla.

To odkrycie przeczy intuicji wszak masywniejsze gwiazdy zalewają swoje układy planetarne energetycznym promieniowaniem ultrafioletowym, które powinno niszczyć tlenek węgla znajdujący się w dyskach odłamków.

Istnienie tego gazu może mieć istotny wpływ na procesy formowania się planet wokół takich gwiazd, mówi Meredith Hughes, astronomka z Wesleyan University oraz współautorka artykułu. Tlenek węgla jest ważnym składnikiem atmosfer gazowych olbrzymów. Jego obecność w dysku odłamków może oznaczać, że inne gazy, w tym wodór, także są tam obecne, aczkolwiek w mniejszych ilościach. Jeżeli niektóre dyski odłamków są w stanie dłużej utrzymać duże ilości gazu,  może to oznaczać, że gazowe olbrzymy mogą powstawać znacznie dłużej wokół młodych, masywnych gwiazd.

Źródło: NRAO