ALMA ujawnia życie dysków protoplanetarnych
Obserwacje 30 dysków protoplanetarnych zmieniają nasze rozumienie ewolucji gazu w miejscu narodzin egzoplanet.
 |
| Wizja artystyczna dysku protoplanetarnego, podobnego do trzydziestu badanych w ramach przeglądu ALMA AGE-PRO. Źródło: NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello |
Międzynarodowy zespół astronomów ujawnił przełomowe odkrycia dotyczące dysków gazu i pyłu otaczających pobliskie młode gwiazdy, wykorzystując potężny radioteleskop Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Wyniki te, opublikowane w 12 artykułach w Astrophysical Journal, są częścią dużego programu ALMA o nazwie ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Discks (AGE-PRO). AGE-PRO obserwował 30 dysków protoplanetarnych wokół gwiazd podobnych do Słońca, aby zmierzyć masę dysku gazowego w różnym wieku. Badania wykazały, że składniki gazu i pyłu w tych dyskach ewoluują w różnym tempie.
Dysk protoplanetarny otacza swoją gwiazdę macierzystą przez kilka milionów lat, podczas gdy gaz i pył ewoluują i rozpraszają się, wyznaczając skalę czasową formowania się olbrzymich egzoplanet. Początkowa masa i rozmiar dysku, a także jego moment pędu, mają ogromny wpływ na rodzaj planety, która może się uformować (gazowe olbrzymy, lodowe olbrzymy lub minineptuny) i ścieżki migracji planet. Czas życia gazu w dysku określa skalę czasową wzrostu cząstek pyłu do obiektu wielkości planetoidy, formowania się planety i wreszcie migracji planety z miejsca, w którym się narodziła.
Wcześniejsze obserwacje ALMA badały ewolucję pyłu w dyskach; AGE-PRO po raz pierwszy śledzi ewolucję gazu. AGE-PRO zapewnia pierwszy pomiar mas i rozmiarów dysków gazowych w całym okresie życia dysków protoplanetarnych – wyjaśniła główna badaczka Ke Zhang z Uniwersytetu Wisconsin-Madison.
Większa czułość ALMA pozwoliła naukowcom na wykorzystanie słabych linii molekularnych do badania zimnego gazu w tych dyskach. W ramach przeglądu zaobserwowano 30 dysków w różnym wieku, od mniej niż 1 miliona do ponad 5 milionów lat, w trzech regionach gwiazdotwórczych: w Wężowniku, Wilku i Górnym Skorpionie. Korzystając z ALMA, AGE-PRO uzyskał obserwacje kluczowych znaczników mas gazu i pyłu w dyskach obejmujących kluczowe etapy ich ewolucji, od ich najwcześniejszego formowania się do ostatecznego rozproszenia. Dane z ALMA posłużą jako obszerna biblioteka obserwacji linii widmowych dla dużej próbki dysków na różnych etapach ewolucji.
Tlenek węgla (CO) jest najczęściej stosowanym znacznikiem chemicznym w dyskach protoplanetarnych, ale aby dokładnie zmierzyć masę gazu w dysku, potrzebne są dodatkowe znaczniki molekularne. AGE-PRO wykorzystał N2H+ jako dodatkowy znacznik gazu, aby znacznie poprawić dokładność pomiarów. Detektory ALMA zostały również skonfigurowane tak, aby odbierać przypadkowe linie widmowe, w tym H2CO, DCN, DCO+, N2H+, CH3CN. Jest to pierwsze tego typu badanie chemiczne na dużą skalę, ukierunkowane na 30 dysków o szerszym zakresie wiekowym w celu scharakteryzowania mas gazu – wyjaśnił John Carpenter z Joint ALMA Observatory i współprowadzący ten przegląd.
Wyniki AGE-PRO wskazują, że w miarę starzenia się dysków, ich gaz i pył są zużywane w różnym tempie i ulegają wahaniom stosunku masy gazu do pyłu w miarę ewolucji dysków. Zhang wyjaśniła: Najbardziej zaskakującym odkryciem jest to, że chociaż większość dysków rozprasza się po kilku milionach lat, te, które przetrwały, zawierają więcej gazu niż oczekiwano. To zasadniczo zmienia nasze szacunki dotyczące akrecji atmosferycznej planet powstałych w późniejszym czasie.
Zdolność ALMA do wykrywania słabych linii molekularnych umożliwiła wgląd w szczegółowe procesy ewolucji gazu w dyskach. Porównując pomiary AGE-PRO mas gazu i rozmiarów dysków z wcześniejszymi badaniami mapującymi te same cechy cząstek pyłu, Zhang i jej zespół łączą wzajemne powiązania między masą, rozmiarem, transportem momentu pędu a czynnikami środowiskowymi, takimi jak fotoodparowanie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
