Wodospady gazu odkrywają młode planety krążące wokół młodej gwiazdy

Wizja artystyczna przedstawiająca gaz wpływający niczym wodospad w przerwę w dysku protoplanetarnym.

Planety powstają w dyskach złożonych z gazu i pyłu. Astronomowie badają te tak zwane dyski protoplanetarne próbując zrozumieć procesy powstawania planet. Przepiękne zdjęcia dysków wykonane za pomocą obserwatorium Atacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA) przedstawiają wyraźne przerwy i pierścienie pyłu, które mogły powstać wskutek oddziaływania rodzących się planet.

Aby upewnić się, że za przerwy te faktycznie odpowiadają planety, aby dowiedzieć się więcej o procesach powstawania planet, naukowcy oprócz pyłu także badają gaz w dyskach. 99 procent masy dysku protoplanetarnego to gaz, z czego tlenek węgla (CO) jest najjaśniejszym komponentem, emitującym bardzo charakterystyczne promieniowanie w zakresie milimetrowym, które może obserwować ALMA.

W ubiegłym roku dwa zespoły astronomów zademonstrowały nową metodę poszukiwania planet wykorzystującą ten gaz. Badacze mierzyli prędkość gazu CO rotującego w dysku wokół młodej gwiazdy HD 163296. Miejscowe zaburzenia ruchu gazu odkryły przed nami trzy struktury w dysku, które wyglądają jak spowodowane przez planety.

W ramach niniejszych badań, główny autor Richard Teague z University of Michigan wraz ze swoim zespołem wykorzystał nowe dane wysokiej rozdzielczości z projektu Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) realizowanego za pomocą ALMA, do bardziej szczegółowej analizy prędkości gazu w dysku. “Dzięki wysokiej rozdzielczości danych, byliśmy w stanie zmierzyć prędkość gazu w trzech kierunkach, a nie tylko w jednym” mówi Teague. “Po raz pierwszy udało nam się zmierzyć ruch gazu rotującego wokół gwiazdy, w kierunku gwiazdy i od niej oraz w kierunku nad i pod dysk”.

Teague wraz ze współpracownikami dostrzegł, że gaz przemieszcza się z górnych warstw dysku do środka dysku w trzech różnych miejscach. “Najprawdopodobniej planeta krążąca wokół gwiazdy rozpycha gaz i pył na boki, tworząc lukę” tłumaczy Teague. “Gaz znajdujący się nad luką opada w nią niczym wodospad powodując rotacyjny przepływ gazu w dysku”.

To jak dotąd najlepszy dowód na faktycznie istnienie planet wokół HD 163296. Jednak astronomowie nie są w stanie powiedzieć ze stuprocentową pewnością, że za przepływy gazu odpowiedzialne są planety. Przykładowo pole magnetyczne gwiazdy także może powodować zaburzenia w ruchu gazu. “Jak na razie, tylko bezpośrednie zaobserwowanie planet może wyeliminować wszystkie inne opcje. Jednak struktura tych przepływów gazu jest unikalna i jest spore prawdopodobieństwo, że odpowiadają za nie właśnie planety” mówi współautor opracowania Haehan Bae z Carnegie Institution for Science, który testował tę teorię na komputerowej symulacji dysku.

Położenie trzech przewidywanych planet w tym badaniu zgadza się z wynikami z ubiegłego roku. Planety znajdują się w odległościach 87, 140 i 237 AU od gwiazdy. Najbliższa gwieździe planeta ma masę około połowy masy Jowisza, środkowa jest zbliżona masą do Jowisza, a najodleglejsza ma masę 2 mas Jowisza.

Wizja artystyczna przedstawiająca dysk gazu i pyłu otaczający młodą gwiazdę HD 163296.
Naukowcy zmierzyli ruch gazu w dysku protoplanetarnym w trzech kierunkach.

Przepływy gazu z powierzchni w kierunku wnętrza dysku protoplanetarnego przewidywano w modelach teoretycznych od końca lat dziewięćdziesiątych XX wieku, ale teraz po raz pierwszy udało się je zaobserwować. Można je wykorzystać nie tylko do wykrywania młodych planet, ale także kształtują one naszą wiedzę o tym skąd gazowe olbrzymy biorą swoje atmosfery.

“Planety powstają w środkowej warstwie dysku. To chłodne miejsce, osłonięte przed promieniowaniem gwiazdy” tłumaczy Teague. “Uważamy, że luki w dysku spowodowane przez planety dostarczają tam cieplejszego gazu z bardziej aktywnych chemicznie warstw zewnętrznych, i to właśnie ten gaz tworzy atmosfery planet”.

Teague ani nikt z jego zespołu nie spodziewał się tego, że uda im się dostrzec to zjawisko. “Dysk wokół HD 163296 jest najjaśniejszym i największym dyskiem zaobserwowanym za pomocą ALMA” mówi Teague. “Jednak dostrzeżenie takich przepływów gazu i to tak wyraźnie było dla nas dużym zaskoczeniem. Dyski wydają się być bardziej dynamiczne niż się spodziewaliśmy”.

“W ten sposób uzyskujemy bardziej kompletny obraz procesu powstawania planet, niż marzyliśmy” mówi Ted Bergin, współautor opracowania z University of Michigan. “Opisując te przepływy możemy określić jak powstają planety takie jak Jowisz i scharakteryzować ich skład chemiczny. Możemy być w stanie wykorzystać te informacje do prześledzenia miejsca narodzin tych planet w trakcie procesu formowania”.

Źródło: NRAO

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.