Dziwne dyski wokół gwiazd w układzie podwójnym

Dziwne dyski wokół gwiazd w układzie podwójnymOriginal Press Release
eso1423dKorzystając z teleskopu submilimetrowego ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) astronomowie odkryli dziwacznie  odkształcone dyski gazowe, z których powstaną planety, wokół dwóch młodych gwiazd w układzie podwójnym HK Kauri.

ALMA doała nam jak dotąd najlepszy obraz układu podwójnego z dyskami protoplanetarnymi i okazało się, że dyski te są wyraźnie pochylone względem siebie. Nasze wyniki pokazują, że istnieją warunki potrzebne do modyfikowania orbit planet i że te warunki występują w czasie, gdy powstają planety, najwyraźniej w efekcie procesów tworzenia się układu podwójnego gwiazd. Nie można wykluczyć innych teorii, ale z dużą dozą powności możemy powiedzieć, że dodatkowa gwiazda w systemie może odpowiadać za obserwowane zniekształcenie.

Eric Jensen
Swarthmore College

W odróżnieniu do naszego osamotnionego Słońca większość gwiazd tworzy układy podwójne – dwie gwiazdy, które krążą nawzajem dookoła siebie. Układy podwójne są bardzo powszechne, ale nastręczają wiele pytań, w tym o to w jaki sposób oraz gdzie w tak skomplikowanym otoczeniu tworzą się planety.

Dwie gwiazdy w systemie HK Tauri, który jest oddalony o ok 450 lat świetlnych i widoczny w konstelacji Byka, mają po mniej niż pięć milionów lat oraz są od siebie oddzielone o 58 miliardów kilometrów – czyli 13 razy dalej niż Neptun od Słońca.

Słabsza z gwiazd, HK Tauri B, jest otoczona przez ustawiony bokiem dysk protoplanetarny, który blokuje jej światło. Ponieważ światło gwiazdy jest tłumione, astronomowie mogą łatwo uzyskać dobry obraz dysku obserwując go w zakresie światła widzialnego albo w bliskiej podczerwieni.

Jej towarzyszka, HK Tauri A, także posiada dysk, ale w jej przypadku dysk nie blokuje światła gwiazdy. W efekcie nie można go zobaczyć w świetle widzialnym, ponieważ świeci zbyt słabo w porównaniu do jasnej gwiazdy. Ale dysk świeci jasno w zakresie fal milimetrowych, który jest w stanie wykryć ALMA.

Za pomocą ALMA zespół był wstanie nie tylko dostrzec dysk wokół HK Tauri A, ale także po raz pierwszy zmierzyć jego rotację. Nowe dane pozwoliły astronomom obliczyć, że oba dyski są pochylone względem siebie pod kątem co najmniej 60 stopni. Tak więc zamiast być w tej samej płaszczyźnie, co orbity gwiazd, co najmniej jeden z dysków jest znacznie nachylony.

„To wyraźne nachylenie względem siebie dało nam niespotykany wgląd w układ podwójny”- mówi Rachel Akeson z NASA Exoplanet Science Institute w  CalTech w USA -„Były już wcześniejsze obserwacje sugerujące, że systemy tego rodzaju istnieją, ale najnowsze obserwacje HK Tauri  za pomocą ALMA pokazują znacznie lepiej co tak naprawdę dzieje się w tych systemach.”

Gwiazdy i planety tworza się z olbrzymich obłoków gazu i pyłu. Materia w obłokach zapada się pod wpływem grawitacji, zaczyna się obracać, aż większość gazu i pyłu trafi do spłaszczonego dysku protoplanetarnego wirującego wokół powstającej centralnie protogwiazdy.

W układzie podwójnym takim jak HK Tauri sprawy są jednam znacznie bardziej skomplikowane. Gdy orbity gwiazd i dysków protoplanetarnych nie znajdują się mniej więcej w tej samej płaszczyźnie, to jeśli powstaną jakieś planety, będą mieć orbity o bardzo dużym mimośrodzie i nachyleniu [1].

Ponieważ ALMA może dostrzec niewidoczny w inny sposób pył i gaz z dysków protoplanetarnych, pozwala na niedostępne wcześniej badania młodych układów podwójnych. „Oglądały wczesne stadia powstawania, z nadal istniejącymi dyskami protoplanetarnymi, możemy lepiej zorientować się w jaki sposób są nachylone” wyjaśnił Akeson.

W przyszłości badacze będą chcieli ustalić czy ten rodzaj systemu gwiazdowego jest typowy, czy też nie. Na razie mamy do czynienia z wyjątkowym indywidualnym przypadkiem, a kolejne przeglądy pozwolą ustalić czy takie ustawienie obiektów jest powszechne w naszej rodzimej galaktyce Drodze Mlecznej.

Jensen podsumowuje: “Mimo że zrozumienie tego mechanizmu jest dużym krokiem naprzód, nie jesteśmy w stanie wyjaśnić dziwnych orbit planet pozasłonecznych – nie ma odpowiedniej liczby towarzyszy w układach podwójnych, aby całkowicie odpowiedzieć na pytanie. Ciągle mamy interesującą zagadkę do rozwiązania!”

Źródła:

ALMA Finds Double Star with Weird and Wild Planet-forming Discs

eso1423dAstronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) have found wildly misaligned planet-forming gas discs around the two young stars in the binary system HK Tauri. These new ALMA observations provide the clearest picture ever of protoplanetary discs in a double star. The new result also helps to explain why so many exoplanets — unlike the planets in the Solar System — came to have strange, eccentric or inclined orbits. The results will appear in the journal Nature on 31 July 2014.

Unlike our solitary Sun, most stars form in binary pairs — two stars that are in orbit around each other. Binary stars are very common, but they pose a number of questions, including how and where planets form in such complex environments.

„ALMA has now given us the best view yet of a binary star system sporting protoplanetary discs  — and we find that the discs are mutually misaligned!” said Eric Jensen, an astronomer at Swarthmore College in Pennsylvania, USA.

The two stars in the HK Tauri system, which is located about 450 light-years from Earth in the constellation of Taurus (The Bull), are less than five million years old and separated by about 58 billion kilometres — this is 13 times the distance of Neptune from the Sun.

The fainter star, HK Tauri B, is surrounded by an edge-on protoplanetary disc that blocks the starlight. Because the glare of the star is suppressed, astronomers can easily get a good view of the disc by observing in visible light, or at near-infrared wavelengths.

The companion star, HK Tauri A, also has a disc, but in this case it does not block out the starlight. As a result the disc cannot be seen in visible light because its faint glow is swamped by the dazzling brightness of the star. But it does shine brightly in millimetre-wavelength light, which ALMA can readily detect.

Using ALMA, the team were not only able to see the disc around HK Tauri A, but they could also measure its rotation for the first time. This clearer picture enabled the astronomers to calculate that the two discs are out of alignment with each other by at least 60 degrees. So rather than being in the same plane as the orbits of the two stars at least one of the discs must be significantly misaligned.

„This clear misalignment has given us a remarkable look at a young binary star system,” said Rachel Akeson of the NASA Exoplanet Science Institute at the California Institute of Technology in the USA. „Although there have been earlier observations indicating that this type of misaligned system existed, the new ALMA observations of HK Tauri show much more clearly what is really going on in one of these systems.”

Stars and planets form out of vast clouds of dust and gas. As material in these clouds contracts under gravity, it begins to rotate until most of the dust and gas falls into a flattened protoplanetary disc swirling around a growing central protostar.

But in a binary system like HK Tauri things are much more complex. When the orbits of the stars and the protoplanetary discs are not roughly in the same plane any planets that may be forming can end up in highly eccentric and tilted orbits.

„Our results show that the necessary conditions exist to modify planetary orbits and that these conditions are present at the time of planet formation, apparently due to the formation process of a binary star system,” noted Jensen. „We can’t rule other theories out, but we can certainly rule in that a second star will do the job.”

Since ALMA can see the otherwise invisible dust and gas of protoplanetary discs, it allowed for never-before-seen views of this young binary system. „Because we’re seeing this in the early stages of formation with the protoplanetary discs still in place, we can see better how things are oriented,” explained Akeson.

Looking forward, the researchers want to determine if this type of system is typical or not. They note that this is a remarkable individual case, but additional surveys are needed to determine if this sort of arrangement is common throughout our home galaxy, the Milky Way.

Jensen concludes: „Although understanding this mechanism is a big step forward, it can’t explain all of the weird orbits of extrasolar planets — there just aren’t enough binary companions for this to be the whole answer. So that’s an interesting puzzle still to solve, too!”

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *