30 listopada 2020

Szybko poruszający się gaz wypływający z młodej gwiazdy w wyniku parowania lodowej komety

Astronomowie wykryli szybko poruszający się tlenek węgla wypływający z małomasywnej młodej gwiazdy: wyjątkowy etap ewolucji układu planetarnego, który może dostarczyć wglądu w ewolucję naszego Układu Słonecznego i sugeruje, że sposób rozwoju takich układów może być bardziej skomplikowany niż wcześniej uważano.


Chociaż nie jest jasne, w jaki sposób gaz jest wyrzucany z tak dużą prędkością, zespół naukowców uważa, że może on być wytwarzany z lodowych komet odparowanych w pasie asteroid gwiazdy. Wyniki zostały zaakceptowane do publikacji w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Detekcji dokonano za pomocą anten ALMA w Chile, w ramach przeglądu młodych gwiazd klasy III (pomarańczowe do czerwonych gwiazd ze złożonymi widmami pasmowymi), opisanych we wcześniejszej pracy. Niektóre z gwiazd klasy III otoczone są dyskami szczątków, które, jak się uważa, powstają w wyniku ciągłych zderzeń komet, asteroid i innych ciał stałych, znanych jako planetozymale, w zewnętrznych regionach niedawno utworzonych układów planetarnych. Pozostały pył i szczątki po tych zderzeniach pochłaniają światło ze swoich gwiazd centralnych i ponownie emitują tę energię w postaci słabej poświaty, którą można badać przy pomocy ALMA.

Oczekuje się, że w wewnętrznych obszarach układów planetarnych procesy formowania się planet spowodują utratę całego najgorętszego pyłu, a gwiazdy klasy III to te, które pozostają z – co najwyżej – słabym, zimnym pyłem. Te słabe pasy zimnego pyłu są podobne do znanych dysków szczątków widzianych wokół innych gwiazd, podobnie, jak Pas Kuipera w naszym Układzie Słonecznym, o którym wiadomo, że zawiera znacznie większe asteroidy i komety.

W badaniu stwierdzono, że omawiana gwiazda, NO Lup (konstelacja Wilka), mająca masę ok. 70% masy Słońca, miała słaby, pyłowy dysk o małej masie, ale była to jedyna gwiazda klasy III, w której wykryto tlenek węgla przy użyciu ALMA. Chociaż wiadomo, że wiele młodych gwiazd wciąż posiada bogate w gaz dyski protoplanetarne, z którymi się rodzą, NO Lup jest bardziej rozwinięta i można było oczekiwać, że utraciła ten pierwotny gaz po uformowaniu swoich planet.

Chociaż wykrycie tlenku węgla jest rzadkością, to, co sprawiło, że obserwacja była wyjątkowa, to skala i prędkość gazu, co skłoniło do dalszych badań w celu zbadania jego ruchu i pochodzenia.

„Samo wykrycie tlenku węgla było ekscytujące, ponieważ żadna inna gwiazda tego typu nie została wcześniej sfotografowana przez ALMA. Ale kiedy przyjrzeliśmy się bliżej, znaleźliśmy coś jeszcze bardziej niezwykłego: biorąc pod uwagę, jak daleko od gwiazdy znajdował się gaz, poruszał się znacznie szybciej niż oczekiwano. To nas zastanawiało od dłuższego czasu” – powiedział pierwszy autor Joshua Lovell, doktorant z Cambridge’s Institute of Astronomy.

Grant Kennedy, pracownik naukowy Royal Society University na Uniwersytecie w Warwick, który kierował modelowaniem w tym badaniu, znalazł rozwiązanie tej zagadki. „Znaleźliśmy prosty sposób, aby to wyjaśnić: modelując gazowy pierścień, ale dając gazowi dodatkowe kopnięcie na zewnątrz. Do wyjaśnienia młodych dysków o podobnych mechanizmach wykorzystano inne modele, ale ten dysk jest bardziej podobny do dysku szczątków, w stosunku do których wcześniej nie byliśmy świadkami wiatru. Nasz model pokazał, że gaz jest całkowicie zgodny ze scenariuszem, w którym jest wyrzucany z układu z prędkością około 22 km/s, czyli znacznie większą niż jakakolwiek stabilna prędkość orbitalna” – powiedział.

Dalsza analiza wykazała również, że gaz może powstawać podczas zderzeń między asteroidami lub w okresach sublimacji – przejścia ze stanu stałego do gazowego – na powierzchni komet krążących wokół gwiazd, które prawdopodobnie będą bogate w lód z tlenkiem węgla.

Niedawno pojawiły się dowody na ten sam proces w naszym Układzie Słonecznym, pochodzące z misji New Horizons, kiedy w 2019 roku obserwowano obiekt Pasa Kuipera – Ultima Thule, i odkryto ewolucję sublimacji na powierzchni komety, która miała miejsce około 4,5 mld lat temu. To samo zdarzenie, które doprowadziło do wyparowania komet w naszym Układzie Słonecznym miliardy lat temu, mogło zatem zostać po raz pierwszy uchwycone w odległości 400 lat świetlnych stąd, w procesie, który może być powszechny wokół gwiazd tworzących planety i mieć wpływ na to, jak wszystkie komety, asteroidy i planety ewoluują.

„Ta fascynująca gwiazda rzuca światło na to, jakiego rodzaju procesy fizyczne kształtują układy planetarne wkrótce po ich narodzinach, tuż po tym, jak wyszły spod osłony dysku protoplanetarnego. Chociaż widzieliśmy gaz wytwarzany przez planetozymale w starszych układach, tempo, z jakim gaz jest wytwarzany w tym układzie i jego płynna natura, są dość niezwykłe i wskazują na fazę ewolucji układu planetarnego, której jesteśmy tutaj po raz pierwszy świadkami” – powiedział współautor pracy, prof. Mark Wyatt, również z Instytutu Astronomia.

Chociaż zagadka nie została w pełni rozwiązana i potrzebne będą dalsze szczegółowe modelowania, aby zrozumieć, w jaki sposób gaz jest wyrzucany tak szybko, pewne jest, że układ ten ma być celem bardziej intensywnych dalszych pomiarów.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Mgławice planetarne w odległych galaktykach

Korzystając z danych z instrumentu MUSE , naukowcom z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) udało się wykryć niezwykle słabe mgła...