ALMA odkrywa bogactwo wewnątrz dysków gazowych wokół większych gwiazd

Astronomowie korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zbadali dziesiątki młodych gwiazd podobnych do Słońca oraz innych, prawie dwukrotnie większych i odkryli, że te większe posiadają bogate zbiory tlenku węgla w swoich dyskach pyłowych. W odróżnieniu od nich, mało masywne gwiazdy podobne do Słońca mają dyski pyłowe praktycznie pozbawione gazu.

Odkrycie to stoi w sprzeczności z oczekiwaniami astronomów, którzy utrzymują, że silniejsze promieniowanie większych gwiazd powinno znieść gaz z ich obłoków pyłowych szybciej, niż stosunkowo łagodne promieniowanie mniejszych gwiazd. Może ono być także nowym spojrzeniem na proces formowania się planet olbrzymów wokół młodych gwiazd.

Dyski pyłowe znajdują się wokół gwiazd, które tracą swoje napełnione gazem dyski protoplanetarne, i rozpoczynają proces formowania się planet, asteroid, komet i innych planetozymali. Wokół młodych gwiazd wiele z tych nowo powstałych obiektów jeszcze osiada na orbitach i zderzając się produkuje wystarczającą ilość gruzu, by mógł powstać drugi dysk pyłowy.

Wcześniejsze pomiary spektroskopowe dysków pyłowych wykazały, że niektóre z nich miały nieoczekiwaną sygnaturę chemiczną, sugerującą nadmiar tlenku węgla. Odkrycie to było zaskakujące, ponieważ astronomowie wierzą, że gaz ten dawno powinien był zniknąć.

W poszukiwaniu wskazówek, dlaczego niektóre gwiazdy zachowują dysk bogaty w gaz, Jesse Lieman-Sifry i jego zespół przebadał 24 układy gwiazdowe w asocjacji OB gwiazdozbiorów Skorpiona i Centaura. To luźne gwiezdne skupiska znajdujące się kilkaset lat świetlnych od Ziemi, zawierające setki mało masywnych i średnio masywnych gwiazd. Nasze Słońce jest zaliczane do gwiazd mało masywnych.

Astronomowie zawęzili zakres poszukiwań do gwiazd w wieku około 10 milionów lat - na tyle starych, aby mogły wytworzyć pełen układ planetarny wraz z dyskiem pyłowym - i wykorzystali ALMA do zbadania błysków na submilimetrowej długości fali, pochodzących od tlenku węgla znajdującego się w gwiezdnych dyskach pyłowych.

Zespół prowadził badania w sumie przez sześć nocy pomiędzy grudniem 2013 r. a grudniem 2014 r., obserwując przez zaledwie 10 minut każdej nocy. W czasie tych badań osiągnięto najbardziej obszerne jak do tej pory pomiary interferometryczne na milimetrowych długościach fali.

Posiadając niewiarygodnie bogaty zbiór obserwacji, astronomowie znaleźli najbogatszy w gaz dysk w pojedynczym badaniu. Spośród próbki 24 dysków, naukowcy zauważyli trzy, które wykazywały silną emisję tlenku węgla. Ku ich zaskoczeniu, wszystkie trzy bogate w gaz dyski otaczały gwiazdy około dwukrotnie masywniejsze od Słońca. W żadnej z szesnastu mniejszych, podobnych do Słońca gwiazd z próbki nie ujawniono dysku z większym zapasem tlenku węgla. Obserwacje te sugerują, że bardziej prawdopodobne jest istnienie dysków ze złożami gazu wokół większych gwiazd, niż wokół tych podobnych do Słońca.

Odkrycie to jest sprzeczne z intuicją, ponieważ bardzo masywne gwiazdy zalewają swoje układy planetarne energetycznym promieniowaniem ultrafioletowym, które powinno zniszczyć dwutlenek węgla zalegający w ich dyskach pyłowych. Jednakże te nowe badania pokazują, że większe gwiazdy w jakiś sposób są zdolne zachować lub uzupełniać swoje zapasy tlenku węgla, m.in. poprzez zderzenia komet bądź odparowywania płaszcza lodowego ziaren pyłu.

Fakt istnienia tego gazu może mieć ważne znaczenie w procesie formowania się planet. Tlenek węgla jest głównym składnikiem atmosfery planet olbrzymów. Jego obecność w dysku pyłowym może oznaczać, że inne gazy, w tym wodór, też są obecne, ale być może w znacznie niższym stężeniu. Astronomowie przypuszczają, że jeżeli niektóre dyski pyłowe są w stanie utrzymać znaczne ilości gazu, może to zmienić przewidywany termin formowania się planet olbrzymów wokół młodych gwiazd.

Przyszłe obserwacje wysokiej rozdzielczości tych dysków bogatych w gaz mogą pozwolić astronomom wywnioskować lokalizację gazu w dysku, które mogą pomóc zrozumieć jego pochodzenie. Jeżeli gaz powstaje w wyniku zderzeń planetozymali, astronomowie powinni się skoncentrować na regionach dysku, w których do nich dochodzi. ALMA jest jedynym instrumentem zdolnym do uzyskiwania tego rodzaju zdjęć w wysokiej rozdzielczości.

Według Lieman-Sifry dyski te są tak różnorodne, jak układy planetarne im towarzyszące. Odkrycie, że niektóre dyski pyłowe wokół większych gwiazd zachowują tlenek węgla dłużej, niż te podobne do Słońca może zapewnić wgląd w to, jaką rolę odgrywa ten gaz w procesie firmowania się układów planetarnych.

Źródło:
ALMA Observatory

Urania -Postępy Astronomii

Popularne posty z tego bloga

Słaby, odległy obiekt odkryty na krańcach Pasa Kuipera

Tajemnica, w jaki sposób czarne dziury łączą się i zderzają, zaczyna się wyjaśniać

Ostatni duży posiłek naszej czarnej dziury