Obserwacja ALMA młodej gwiazdy ujawnia szczegóły polaryzacji ziaren pyłu
Korzystając z ALMA wykonano najwyższej rozdzielczości zdjęcie polaryzacji pyłu, jakie kiedykolwiek udało się uzyskać dla dysku protoplanetarnego.
Pierścienie pyłu otaczające HL Tauri, z wzorami linii pokazującymi orientację spolaryzowanego światła. Źródło: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton/Stephens i inni
ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ma wiele celów, w tym badanie powstawania i ewolucji układów planetarnych. Młode gwiazdy często są otoczone dyskiem gazu i pyłu, z którego mogą formować się planety. ALMA przeprowadził wiele obserwacji wysokiej rozdzielczości, w tym jedno z pierwszych zdjęć młodej gwiazdy HL Tauri. Ta gwiazda znajduje się tylko 480 lat świetlnych od nas i jest otoczona dyskiem protoplanetarnym. Dysk ten ma widoczne szczeliny, które mogą być miejscem formowania się młodych protoplanet. Proces formowania planet jest bardzo skomplikowany i wciąż go nie w pełni rozumiemy. W trakcie tego procesu ziarna pyłu w dysku zaczynają się zderzać i przylegać do siebie, powodując powolny wzrost. To może prowadzić do powstania obiektów podobnych do tych w naszym Układzie Słonecznym.
Badanie ziaren pyłu w złożonych strukturach może odbywać się poprzez analizę polaryzacji emitowanych przez nie fal świetlnych. Wcześniejsze badania nad HL Tauri skupiały się na mapowaniu polaryzacji, ale nowe badania przeprowadzone przez grupę naukowców dostarczyły obrazu polaryzacyjnego tej gwiazdy o niezwykłej szczegółowości. Uzyskany obraz opiera się na aż 10-krotnie większej liczbie pomiarów polaryzacji w porównaniu do jakiegokolwiek innego zarejestrowanego dysku, oraz 100-krotnie większej liczbie pomiarów w porównaniu do większości innych dysków. Według opublikowanych w czasopiśmie Nature badań, jest to bez wątpienia najbardziej szczegółowy obraz polaryzacyjny jakiegokolwiek dotąd zarejestrowanego dysku.
Obraz został zarejestrowany w rozdzielczości 5 jednostek astronomicznych (j.a.), co odpowiada mniej więcej odległości Jowisza od Słońca. Wcześniejsze obserwacje polaryzacji miały znacznie niższą rozdzielczość i nie ujawniały subtelnych wzorców polaryzacji wewnątrz dysku. Na przykład, zespół badawczy odkrył, że ilość spolaryzowanego światła jest większa po jednej stronie dysku niż po drugiej, co prawdopodobnie wynika z asymetrii w rozkładzie ziaren pyłu lub ich właściwości w całym dysku. Ziarna pyłu często nie mają kształtu kulistego. Mogą być spłaszczone jak gruby naleśnik lub wydłużone jak ziarenko ryżu. Gdy światło jest emitowane lub rozpraszane przez te ziarna pyłu, może ulec polaryzacji, co oznacza, że fale świetlne mają określoną orientację, a nie są losowo skierowane. Te nowe wyniki sugerują, że ziarna pyłu w dysku zachowują się bardziej jak ziarna wydłużone, co nakłada silne ograniczenia na ich kształt i wielkość.
Zaskakującym wynikiem badania jest fakt, że w szczelinach dysku występuje więcej polaryzacji niż w pierścieniach, mimo że to właśnie w pierścieniach znajduje się większa ilość pyłu. Polaryzacja w szczelinach ma bardziej azymutalny charakter, co sugeruje, że polaryzacja jest przenoszona z wyrównanych ziaren pyłu wewnątrz szczelin. Natomiast polaryzacja w pierścieniach jest bardziej jednorodna, co wskazuje na to, że pochodzi głównie z efektu rozproszenia. Ogólnie rzecz biorąc, polaryzacja jest wynikiem kombinacji rozproszenia światła oraz wyrównania ziaren pyłu. Na podstawie dostępnych danych nie jest jasne, co dokładnie powoduje wyrównanie ziaren pyłu wewnątrz szczelin. Prawdopodobnie nie jest to spowodowane wyrównaniem względem pola magnetycznego dysku, co jest typowe dla większości pyłu występującego poza dyskami protoplanetarnymi. Obecnie uważa się, że ziarna są wyrównane mechanicznie, być może poprzez własną aerodynamikę, gdy krążą wokół centralnej młodej gwiazdy.
Co odkryją dalsze badania HL Tau? Nowa publikacja jasno pokazuje, że do poznania szczegółów dotyczących ziaren pyłu potrzebna jest wysoka rozdzielczość obserwacji polaryzacyjnych. Jako najpotężniejszy na świecie interferometr, ALMA będzie podstawowym instrumentem do kontynuowania tych badań.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
