Astronomowie korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) odkryli dziwnie ułożone dyski gazowe, w których powstają planety. Dyski znajdują się wokół dwóch młodych gwiazd w układzie podwójnym HK Kauri. Najnowsze obserwacje z ALMA dostarczyły najlepszego jak dotąd obrazu dysków protoplanetarnych w układzie podwójnym gwiazd. Uzyskane wyniki pomogą także w wyjaśnieniu dlaczego tak wiele egzoplanet – w przeciwieństwie do planet Układu Słonecznego – ma orbity o bardzo dużym mimośrodzie lub nachyleniu. Wyniki ukazały się 31 lipca 2014 r. w czasopiśmie „Nature”.
W przeciwieństwie do naszego osamotnionego Słońca, większość gwiazd tworzy układy podwójne – dwie gwiazdy, które krążą nawzajem dookoła siebie. Układy podwójne są bardzo powszechne, ale nastręczają wiele pytań, w tym o to w jaki sposób oraz gdzie w tak skomplikowanym otoczeniu tworzą się planety.
„ALMA dała nam najlepszy jak dotąd wgląd w układ podwójny gwiazd z dyskami protoplanetarnymi i okazało się, że dyski są nachylone względem siebie” – powiedział Eric Jensen, astronom ze Swarthmore College w Pensylwanii w USA.
Dwie gwiazdy w systemie HK Tauri, który znajduje się około 450 lat świetlnych od Ziemi i widoczny jest w konstelacji Byka, mają po mniej niż pięć milionów lat oraz są od siebie oddzielone o 58 miliardów kilometrów – czyli 13 razy dalej niż Neptun od Słońca.
Mapka przedstawia gwiazdozbiór Byka. Czerwonym kółkiem zaznaczono położenie układu podwójnego HK Tauri.
Szerokokątne zdjęcie przedstawia fragment obszaru gwiazdotwórczego w gwiazdozbiorze Byka. Powstał tu m. in. młody układ podwójny HK Tauri.
Słabsza z gwiazd, HK Tauri B, jest otoczona przez ustawiony bokiem dysk protoplanetarny, który blokuje jej światło. Ponieważ światło gwiazdy jest tłumione, astronomowie mogą łatwo uzyskać dobry obraz dysku obserwując go w zakresie światła widzialnego albo w bliskiej podczerwieni.
Jej towarzyszka, HK Tauri A, także posiada dysk, ale w jej przypadku dysk nie blokuje światła gwiazdy. W efekcie nie można go zobaczyć w świetle widzialnym, ponieważ świeci zbyt słabo w porównaniu do jasnej gwiazdy. Ale dysk świeci jasno w zakresie fal milimetrowych, który jest w stanie wykryć ALMA.
Za pomocą ALMA zespół był wstanie nie tylko dostrzec dysk wokół HK Tauri A, ale także po raz pierwszy zmierzyć jego rotację. Nowe dane pozwoliły astronomom obliczyć, że oba dyski są położone względem siebie pod kątem co najmniej 60 stopni. Tak więc zamiast być w tej samej płaszczyźnie, co orbity gwiazd, co najmniej jeden z dysków jest znacznie nachylony.
„To wyraźne nachylenie względem siebie dało nam niespotykany wgląd w układ podwójny” – powiedziała Rachel Akeson z NASA Exoplanet Science Institute w California Institute of Technology w USA. – „Były już wcześniejsze obserwacje sugerujące, że systemy tego rodzaju istnieją, ale najnowsze obserwacje HK Tauri za pomocą ALMA pokazują znacznie lepiej co tak naprawdę dzieje się w tych systemach”.
Zdjęcie przedstawia układ podwójny HK Tauri. Jest to złożenie obrazów w świetle widzialnym i podczerwonym z Teleskopu Kosmicznego Hubble’a oraz w zakresie fal milimetrowych i submilimetrowych z obserwatorium ALMA.
Ilustracja pokazuje ruch materii w dyskach protoplanetarnych wokół gwiazd układu HK Tauri. Kolorem niebieskim zaznaczone są obszary poruszające się w naszym kierunku, natomiast kolorem czerwonym – od nas.
Gwiazdy i planety tworzą się z olbrzymich obłoków gazu i pyłu. Materia w obłokach zapada się pod wpływem grawitacji, zaczyna się obracać, aż większość gazu i pyłu trafi do spłaszczonego dysku protoplanetarnego wirującego wokół powstającej centralnie protogwiazdy.
W układzie podwójnym takim jak HK Tauri sprawy są jednak znacznie bardziej skomplikowane. Gdy orbity gwiazd i dysków protoplanetarnych nie znajdują się mniej więcej w tej samej płaszczyźnie, to jeśli powstaną jakieś planety, będą mieć orbity o bardzo dużym mimośrodzie i nachyleniu [1].
„Nasze wyniki pokazują, że istnieją warunki potrzebne do modyfikowania orbit planet i że te warunki występują w czasie, gdy powstają planety, najwyraźniej w efekcie procesów tworzenia się układu podwójnego gwiazd” – zauważył Jansen. – „Nie można wykluczyć innych teorii, ale z pewnością możemy wskazać, że główną pracę wykonuje druga gwiazda”.
Ponieważ ALMA może dostrzec niewidoczny w inny sposób pył i gaz z dysków protoplanetarnych, pozwala na niedostępne wcześniej badania młodych układów podwójnych.
W przyszłości badacze będą chcieli ustalić czy ten rodzaj systemu gwiazdowego jest typowy, czy też nie. Na razie mamy do czynienia z wyjątkowym indywidualnym przypadkiem, a kolejne przeglądy pozwolą ustalić czy takie ustawienie obiektów jest powszechne w naszej rodzimej galaktyce Drodze Mlecznej.
Jensen podsumowuje: „Mimo że zrozumienie tego mechanizmu jest dużym krokiem naprzód, nie jesteśmy w stanie wyjaśnić dziwnych orbit planet pozasłonecznych – nie ma odpowiedniej liczby towarzyszy w układach podwójnych, aby całkowicie odpowiedzieć na pytanie. Ciągle mamy interesującą zagadkę do rozwiązania!”
Uwagi
[1] Jeżeli dwie gwiazdy oraz ich dyski nie leżą w tej samej płaszczyźnie, grawitacyjne oddziaływanie od jednej z gwiazd będzie zaburzać dysk drugiej, powodując jego precesję – i podobnie w drugą stronę. Tworzenie planet w jednym z dysków także będzie zaburzane przed sąsiadującą gwiazdę, która będzie nachylać i deformować jej orbitę.
