Od ponad 30 lat astronomowie regularnie odkrywają nowe planety. Na początku tej epoki odkrycie każdej było sensacją. Nowe globy we wszechświecie powoli nam uświadamiały, że żyjemy we wszechświecie, w którym planety nie są rzadkością, ale są wszędzie, gdzie tylko spojrzymy. Teraz już odkrycie nawet 100 nowych planet nie jest na tyle sensacyjne, aby informacja ta przebiła się do głównych mediów. Uwagę zwracają jedynie układy planetarne, które wyróżniają się czymś nietypowym. No i właśnie taki układ planetarny został opisany w najnowszym artykule naukowym.
Teraz astronomowie odkryli dowody na istnienie egzoplanety w dysku otaczającym układ podwójny (dwie gwiazdy krążące wokół wspólnego środka masy). Niezwykłą rzeczą w tym odkryciu jest to, że dysk ma konfigurację polarną. Oznacza to, że egzoplaneta porusza się wokół swojej gwiazdy podwójnej po orbicie okołobiegunowej i jest to pierwsza taka planeta, którą udało się odkryć.
AC Herculis (AC Her) to gwiazda podwójna odległa od nas o około 4200 lat świetlnych. Główna gwiazda jest dobrze zbadana, podczas gdy jej partner jest niewidoczny. Układ ten posiada biegunowy dysk pyłowo-gazowy. Już to sprawia, że to ciekawy układ, choć takich układów już kilka znamy. To, co jest nowe w tym przypadku, to planeta krążąca w tym dysku wokół układu podwójnego po orbicie biegunowej.
„Badamy geometrię postasymptotycznego podwójnego układu gwiazd (AGB) AC Her i otaczającego go dysku. Pokazujemy, że obserwacje opisują orbitę układu podwójnego prostopadłą do dysku” – piszą autorzy najnowszego artykułu naukowego opisującego ten układ. Astronomowie wyjaśniają, że dysk znajduje się blisko stabilnego ułożenia biegunowego i ma duży promień wewnętrzny. „Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem bardzo dużego wewnętrznego promienia pyłu jest planeta znajdująca się w tym dysku”.
Dysk okołopodwójny ma charakterystyczną szczelinę, która sygnalizuje obecność planety.
Wnioski są niepewne i częściowo wynikają z rozmiaru dysku i wnęki, w której znajdują się gwiazdy. W dysku okołobiegunowym działają różne siły, które kształtują otwór, w którym znajdują się obie gwiazdy. „Rozmiar wnęki okołopodwójnego dysku gazowego zależy od odległości między dwiema gwiazdami układu podwójnego, jego ekscentryczności i nachylenia dysku względem orbity układu podwójnego” – wyjaśniają naukowcy.
W układzie okołobiegunowym luka taka w środku układu powinna być mała. „Wielkość wnęki jest zatem ważną cechą diagnostyczną nachylenia dysku względem orbity gwiazd układu podwójnego” – piszą. Dysk w orientacji polarnej może rozciągać się do 1,6 jednostki astronomicznej, zanim zacznie się wnęka gwiazdowa. To duża wnęka pyłowa, a jej rozmiary potwierdzają istnienie egzoplanety.
„Polarna konfiguracja dysku w AC Her nie pomaga wyjaśnić dużej wnęki pyłowej, ponieważ dysk ustawiony w jednej linii ma mniejszy rozmiar wnęki niż dysk ułożony w tej samej płaszczyźnie co orbity gwiazd układu podwójnego” – wyjaśnia Martin i jej współpracownicy. „Najlepszym zatem wyjaśnieniem pozostaje obecność planety w dysku. Dlatego jest to pierwszy dowód na istnienie planety krążącej po orbicie okołobiegunowej wokół układu podwójnego”.
Tworzenie się planet w dysku jest takie samo niezależnie od tego, czy dysk jest współpłaszczyznowy, czy okołobiegunowy. Ale w systemie AC Her istnieje dodatkowy czynnik. Gwiazda pierwotna jest gwiazdą post-AGB, co oznacza, że opuściła już ciąg główny i przeszła przez fazę czerwonego olbrzyma. W tej fazie gwiazda rozszerza się obszernie, rozdzierając pobliskie planety na strzępy i zwiastując ich zagładę. Zatem ta planeta może być egzoplanetą drugiej generacji, odtworzoną z gruzu zniszczonych planet pierwszej generacji.
Dysk otaczający ten układ podwójny nie jest dokładnie okołobiegunowy. Dysk polarny jest nachylony pod kątem 90° do płaszczyzny orbity układu podwójnego, ale ten jest odchylony tylko o 9%. „To pierwszy zaobserwowany polarny dysk okołopodwójny wokół gwiazdy post-AGB” – piszą autorzy. Wewnętrzna krawędź dysku pyłowego znajduje się dalej, niż powinna, co jest kolejną oznaką obecności egzoplanety.
Należy zauważyć, że nie jest to gwiazda ciągu głównego i że astronomowie nigdy nie widzieli polarnej planety krążącej wokół gwiazd spoza ciągu głównego. „Jest to zatem pierwszy obserwacyjny dowód na istnienie planety krążącej po orbicie biegunowej wokół układu podwójnego” – zauważają autorzy.
Ta planeta znajduje się w dysku okołopodwójnym, a nie w żadnym z dysków okołogwiazdowych. Dysk okołopodwójny w rzeczywistości dostarcza materię do dysków okołogwiazdowych wewnątrz wnęki gwiazdowej, która może stać się paliwem do dalszego formowania się planet. Kiedy jednak polarny dysk okołopodwójny dostarcza materię do polarnych dysków okołogwiazdowych, układ taki może być niestabilny. Ostatecznie polarny dysk okołogwiazdowy może stać się współpłaszczyznowy.
Układ AC Her nie jest pierwszą gwiazdą podwójną z dyskiem polarnym. Pierwszą ogłoszono w 2019 roku wokół gwiazdy HD 98800. Przy czym HD 98800 to tak naprawdę gwiazda poczwórna zawierająca parę gwiazd podwójnych.
Jednak jako pierwszy polarny dysk podwójny, w którym znajduje się prawdopodobna egzoplaneta, ten niezwykły układ aż prosi się o dokładniejsze zbadanie.