Dziwnie wypaczony dysk formujący planety okrąża odległe trio gwiazd

W jednym z najbardziej złożonych tańców kosmicznych, jakie astronomowie dotychczas dostrzegli, trzy pierścienie gazu i pyłu krążą wokół trzech gwiazd.

Układ gwiazdowy GW Orionis, znajdujący się około 1300 lat świetlnych od nas w konstelacji Oriona, zawiera parę młodych gwiazd zamkniętych w bliskim kontakcie z trzecią gwiazdą tworzącą pętle wokół obu. Wokół wszystkich trzech gwiazd znajduje się rozerwany dysk pyłu i gazu, na którym pewnego dnia mogą powstać planety. W przeciwieństwie do płaskiego dysku, który dał początek planetom w naszym Układzie Słonecznym, dysk GW Orionisa składa się z trzech pętli, z wypaczonym pierścieniem środkowym i pierścieniem wewnętrznym jeszcze bardziej skręconym pod niestadardowym kątem względem pozostałych dwóch.

Dziwaczna geometria tego układu, pierwsza znana w swoim rodzaju, została opisana w dwóch ostatnich badaniach przeprowadzonych przez dwie grupy astronomów. Ale sposób, w jaki powstał GW Orionis, pozostaje tajemnicą, a dwa zespoły przedstawiają konkurujące ze sobą pomysły na narodziny układu potrójnej gwiazdy i pierścienia.

W badaniu z 4 września w Science, astronom Stefan Kraus z University of Exeter w Anglii i jego współpracownicy sugerują, że grawitacyjne szarpnięcia i momenty pochodzące z baletu potrójnej gwiazdy rozerwały i zdeformowały pierwotny dysk. Jednak w badaniu z 20 maja w Astrophysical Journal Letters Jiaqing Bi z University of Victoria w Kanadzie i jego współpracownicy uważają, że winę ponosi nowonarodzona planeta .

„Pytanie brzmi, jak właściwie tworzy się takie systemy” – mówi fizyk teoretyczny Giuseppe Lodato z Uniwersytetu w Mediolanie, który nie był w żadnym z zespołów. „Mogą istnieć różne mechanizmy, które mogą to zrobić”.

Astronomowie widzieli przechylone dyski gazu i pyłu wokół układów podwójnych gwiazd, ale nie systemy składające się z więcej niż dwóch gwiazd. Około połowa gwiazd w galaktyce ma co najmniej jednego gwiezdnego towarzysza, a ich planety często mają nachylone orbity w stosunku do swoich gwiazd, krążąc bardziej jak skakanka niż Hula-Hoop. Ta niewspółosiowość może wynikać z dysku, w którym narodziły się planety: gdyby dysk był przekrzywiony, planety też.

Około dziesięć lat temu astronomowie po raz pierwszy zdali sobie sprawę, że GW Orionis ma trzy gwiazdy i dysk formujący planetę, a naukowcy starali się przyjrzeć bliżej. (W tamtym czasie nie można było stwierdzić, czy ten dysk jest pojedynczą pętlą, czy nie). Zespół Bi i zespół Krausa wycelowały w układ gwiazdowy Atacama Large Millimeter / submillimeter w Chile w układ potrójnej gwiazdy.

Obie grupy dostrzegły trzy gwiazdy: jedną około 2,5 raza, a drugą około 1,4 masy Słońca krążącą wokół siebie raz na 242 dni, a drugą gwiazdę o masie 1,4 masy Słońca krążącą wokół wewnętrznej pary mniej więcej co 11 lat.

Obserwacje ujawniły również trzy wyraźne pierścienie pyłu i gazu otaczające gwiazdy. Najbliższy pierścień trio gwiazd znajduje się około 46 razy dalej od Ziemi do Słońca; środkowy około 185 razy większy od odległości Ziemi od Słońca; a najbardziej zewnętrzny pierścień około 340 razy większa od odległości. Patrząc z perspektywy, Neptun znajduje się około 30 razy dalej od Ziemi do Słońca.

Ten najbardziej wewnętrzny pierścień jest mocno przesunięty w stosunku do innych pierścieni i gwiazd. Grupa Krausa dodała obserwacje z bardzo dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego, aby pokazać cień wewnętrznego pierścienia po wewnętrznej stronie środkowej pętli. Ten cień ujawnił, że środkowy pierścień jest wypaczony, pikując w górę z jednej strony i w dół z drugiej.

Astronomowie przyjrzeli się GW Orionis za pomocą układu teleskopów ALMA (po lewej, niebieski) i instrumentu SPHERE na bardzo dużym Teleskopie (po prawej, czerwony), oba w Chile. Obserwacje ALMA ujawniły trójpierścieniową strukturę dysku, podczas gdy obrazy SPHERE pokazały cień rzucany przez najbardziej wewnętrzny pierścień, co pozwoliło naukowcom szczegółowo opisać zdeformowane kształty pierścieni. ZDJĘCIE PO LEWEJ: ALMA / ESO, NAOJ, NRAO; ZDJĘCIE PO PRAWEJ: ESO, S. KRAUS I IN., UNIV. Z EXETER

Następnie obie grupy przeprowadziły symulacje komputerowe, aby dowiedzieć się, jak powstał system. W tym miejscu ich wnioski zaczynają się różnić, mówi Bi. Jego zespół sugeruje, że nowo utworzona, jeszcze nie odkryta planeta oczyściła swoją orbitę z gazu i pyłu, oddzielając pierścień wewnętrzny od reszty dysku. Gdy dysk został podzielony, wewnętrzny pierścień mógł swobodnie obracać się wokół gwiazd, ustawiając się w swoim skośnym położeniu.

Symulacje przeprowadzone przez zespół Krausa wykazały jednak, że chaotyczna grawitacja pochodząca z samego tańca orbitalnego potrójnych gwiazd wystarczyła do rozbicia dysku, zjawisko zwane rozrywaniem dysku. Każda gwiazda ma tendencję do utrzymywania dysku w jednej linii ze sobą, a przeciąganie liny wypaczało i ścinało dysk oraz jeszcze bardziej skręcało wewnętrzny pierścień. Badania teoretyczne sugerowały, że rozerwanie dysku może się zdarzyć w wielu układach gwiezdnych, ale jest to pierwszy raz, kiedy można to zobaczyć w prawdziwym życiu, twierdzi Kraus.

„Myślę, że jest prawdopodobne, że gdzieś w układzie mogą znajdować się planety, ale nie są one potrzebne do wyjaśnienia tej niewspółosiowości” – mówi. „Nie musimy szukać nieodkrytych planet, aby wyjaśnić, co widzimy”.

Nowe obserwacje wskazują, że trio gwiazd w GW Orionis otoczone jest ogromnym, wypaczonym dyskiem gazu i pyłu. Ta animacja, oparta na symulacjach komputerowych i danych obserwacyjnych, przedstawia złożoną geometrię zdeformowanego i rozerwanego dysku.

Różnica może polegać na założeniach, które grupy poczyniły na temat właściwości dysku, w szczególności jego lepkości, mówi astrofizyk Nienke van der Marel, kolega Bi z University of Victoria. Bardziej lepki dysk rozerwałby się, tak jak proponują Kraus i współpracownicy, ale mniej lepki dysk wymaga rozerwania planety, mówi. Uważa, że ​​praca jej zespołu jest bardziej realistyczna w oparciu o obserwacje innych układów gwiezdnych. Ale przy obecnej technologii nie ma sposobu, aby powiedzieć, jakie są naprawdę właściwości dysku GW Orionisa.

Żadna z grup nie potrafiła wyjaśnić, co spowodowało, że dysk podzielił się na trzy. „Tak naprawdę nie wiemy, co powoduje zewnętrzny pierścień” – mówi Klaus.

Lodato, który przewidział efekt rozrywania dysku w 2013 roku, uważa, że ​​GW Orionis jest dowodem na to, że zjawisko to naprawdę istnieje. Wtedy Lodato i współpracownicy byli „bardzo zaniepokojeni”, że ich symulacje wykazały efekt, który został wprowadzony przez obliczenia, a nie rzeczywistą fizykę, mówi. „Teraz obserwacje mówią nam, że tak się dzieje w rzeczywistości”.

Przyszłe teleskopy mogą również wykryć planetę, jeśli ona istnieje, mówi van der Marel.

Źródło: Lisa Grossman

S. Kraus et al. A triple-star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearingScience. Vol. 369, September 4, 2020, p. 1233. doi:10.1126/science.aba4633.

J. Bi et al. GW Ori: Interactions between a triple-star system and its circumtriple disk in actionThe Astrophysical Journal Letters. Published online May 20, 2020. doi:10.3847/2041-8213/ab8eb4.

Zdjęcia: L. CALÇADA/ESO, S. KRAUS ET AL, UNIV. OF EXETER

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x