Dylemat dysku młodej gwiazdy

Uważa się, że CI Tauri posiada masywną planetę, która znajduje się około pięć razy bliżej swojej gwiazdy niż Merkury od Słońca, ale obserwacje wykazują duże promieniowanie pochodzące od gazu i pyłu w pobliżu gwiazdy, których nie powinno tam być, gdyby planeta była obecna. Czy astronomowie są w stanie wyjaśnić te sprzeczne obserwacje?

Wizja artystyczna gazowego olbrzyma formującego się w dysku protoplanetarnym swojej macierzystej gwiazdy. Źródło: NASA/JPL/Caltech/R. Hurt

Protoplanetarne problemy
Mając zaledwie 2 mln lat, CI Tauri ma już planetę o masie 12 mas Jowisza, CI Tauri b, krążącą w odległości zaledwie 0,08 jednostki astronomicznej (j.a.), a trzy dodatkowe olbrzymie planety potencjalnie czają się w dysku CI Tauri w odległości kilkudziesięciu j.a. Co ciekawe, w widmowym rozkładzie energii układu brakuje charakterystycznego znaku bliskiej obecności masywnej planety: spadku ilości emisji w bliskiej podczerwieni, która jest wytwarzana przez ciepły gaz i pył.

Znaczna część promieniowania 1–10-μm z dysku protoplanetarnego pochodzi z materii znajdującej się najbliżej gwiazdy, więc spadek emisji w tych długościach fal jest zwykle traktowany jako znak, że planeta znajdująca się blisko jest zajęta zbieraniem gazu i pyłu, aby wyczyścić szczelinę w materii dysku. Jednak obserwacje CI Tauri sugerują, że planeta może być obecna bez zmian emisji w bliskiej podczerwieni. Aby to sprawdzić, Dhruv Muley i Ruobing Dong (University of Victoria, Kanada) wykorzystali modelowanie hydrodynamiczne i transfer promieniowania, aby zrozumieć warunki, w jakich planeta w pobliżu wpłynie na widmowy rozkład energii układu.

Dysk, pył i dystrybucja
Autorzy pracy najpierw wymodelowali dysk bez planet, dopasowując wyniki modelu do obserwacji CI Tauri tak dokładnie, jak to było możliwe. Następnie wprowadzili do symulacji planetę o rozmiarze CI Tauri b i dali jej czas na wyczyszczenie przestrzeni w dysku, po czym porównali wyniki dla różnych odległości orbitalnych i mimośrodów. Muley i Dong odkryli, że planety o bardziej eliptycznych orbitach tworzą szczeliny, które są szersze, ponieważ są w stanie zebrać materię w większym zakresie promieni, ale materia, która pozostaje w szczelinie jest gęstsza niż w przypadku planety o kołowej orbicie.

Następnie naukowcy użyli symulacji hydrodynamicznych do wygenerowania widmowego rozkładu energii dla każdego zestawu warunków. Stwierdzili, że planeta w odległości orbitalnej CI Tauri b wynoszącej 0,08 j.a. nie usuwa wystarczającej ilości materii, aby wywołać charakterystyczne zanurzenie w emisji w bliskiej podczerwieni, niezależnie od jej ekscentryczności, co jest zgodne z obserwacjami.

Warunki oddziaływań
Jednak planeta wielkości CI Tauri b umieszczona nieco dalej od gwiazdy – powiedzmy 0,26 lub 0,4 j.a. – daje znać o swojej obecności w wynikowym rozkładzie energii widmowej. Bardziej odległe planety zubożają materię dysku na tyle, by zmniejszyć emisję w zakresie 1–10-μm i otworzyć szczelinę na tyle szeroko, by odsłonić gorącą wewnętrzną ścianę szczeliny, co zwiększa energię w zakresie 10–100 μm.

Symulacje przeprowadzone przez autorów pokazują, że obecność planety w pobliżu nie jest sprzeczna z rozkładem energii widmowej CI Tauri, a bardziej ogólnie, brak typowych wskaźników planetarnych może nie oznaczać braku planet. Ponieważ rozkłady energii widmowej są jednym z naszych najpotężniejszych narzędzi do badania dysków protoplanetarnych, zrozumienie ich zawiłości jest kluczowe, aby zaufać naszym interpretacjom.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono