18.10.2019
PL EN
01.06.2019 aktualizacja 01.06.2019

Naukowcy podejrzeli, co dzieje się w dysku wokół jednej z młodych gwiazd

Obraz dysku gazowo-pyłowego wokół gwiazdy HD 163296 uzyskany przy pomocy sieci radioteleskopów ALMA. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello. Obraz dysku gazowo-pyłowego wokół gwiazdy HD 163296 uzyskany przy pomocy sieci radioteleskopów ALMA. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello.

Młode gwiazdy są otoczone przez dyski złożone z pyłu i gazu. W takim środowisku powstają planety. Naukowcy przeanalizowali dokładnie jeden z takich dysków i dostrzegli w nim skutki zderzeń pomiędzy niewielkimi ciałami będącymi zalążkami planet. Grupą badawczą kierowali naukowcy z włoskiego instytutu INAF.

Do najlepiej zbadanych dysków tego typu należy ten otaczający gwiazdę HD 163296. Jego obrazy uzyskano dzięki sieci radioteleskopów ALMA. Gwiazda w tym układzie ma około 5 milionów lat i masę równą około dwóm masom Słońca. Z kolei masa materii w dysku to nieco mniej niż jedna dziesiąta masy Słońca (to sporo jak na dysk gazowo-pyłowy). Rozmiary dysku rozciągają się na 500 jednostek astronomicznych, co odpowiada dwukrotnie większej odległości niż zewnętrzne granice pasa Kuipera w Układzie Słonecznym.

Na podstawie analizy własności dysku astronomowie przypuszczają, że w układzie tym istnieją co najmniej trzy planety o masach pomiędzy dwukrotną masą Urana, a masą Jowisza.

Naukowcy spodziewają się, że ilość pyłu w dysku otaczającym gwiazdę powinna maleć wraz z upływem czasu, gdyż jest to pierwotny materiał, z którego powstają planety, a potem jak już się wykształcą, to dalej kontynuują jego przechwytywanie. Jednak w przypadku dysku wokół HD 163296 obserwacje pokazują zdecydowanie większą niż oczekiwana ilość pyłu – pomimo wieku dysku i wykształcenia dużych planet. Ilość pyłu odpowiada 300 masom Ziemi. Dodatkowo dostrzeżono dziwne rozmieszczenie pyłu, którego nie da się wyjaśnić wyłącznie samymi oddziaływaniami z nowo powstałymi planetami.

Według teorii, pył powinien migrować z zewnętrznych rejonów do wnętrza dysku, na skutek tarcia z gazem. Następnie, wykształcenie się masywnych planet powinno ten proces zatrzymywać. W efekcie pył powinien zanikać w okolicach najbardziej wewnętrznie znajdującej się planety. Z kolei pył w zewnętrznych rejonach powinien akumulować się poza orbitami drugiej i trzeciej planety.

Wyniki obserwacji dysku wokół gwiazdy HD 163296 pokazują jednak coś innego. Zagęszczenia pyłu występują w szczególności obszarach wewnątrz orbity pierwszej planety oraz pomiędzy pierwszą, a drugą planetą.

Czy to może być efekt oddziaływania już wykształconych dużych planet na planetozymale – pierwotne zalążki planet? Planetozymale to małe ciała podobne do planetoid lub komet.

Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe kolizji pomiędzy planetozymalami. Okazuje się, że zderzenia są początkowo względnie łagodne, ale nasilają się gwałtownie, gdy duże planety osiągają swoje końcowe masy. Duże planety powodują, że coraz większy procent planetozymali wyrzucany jest na mocno eliptyczne orbity i z dużym nachyleniem do płaszczyzny układu, podobne do orbit komet. Powoduje to, że coraz większy procent kolizji pomiędzy planetozymalami jest gwałtowny. W ten sposób zaczyna być uzupełniana populacja pyłu w dysku. Nowy pył ma jednak inne rozmieszczenie niż pierwotny i koncentruje się głównie w dwóch obszarach: w regionie orbitalnym w obrębie pierwszej dużej planety i w pierścieniu pomiędzy pierwszą, a drugą planetą – dokładnie tak, jak to wskazują obserwacje.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”. Pierwszym autorem pracy jest Diego Turrini z Institute for Space Astrophysics and Planetary Science (IAPS) w ramach Italian National Institute of Astrophysics (INAF). (PAP)

cza/ ekr/

Copyright © Fundacja PAP 2019