Astronomowie uzyskali obraz dysku protoplanetarnego w układzie trzech gwiazd

Układ Słoneczny jest niezwykle płaski – wszystkie planety krążą po orbitach praktycznie w tej samej płaszczyźnie. Jednak taka idealna sytuacja nie zawsze ma miejsce. Szczególnie w przypadku układów wielokrotnych gwiazd. Przykładem jest zbadany właśnie system GW Orionis, w którym znajdują się trzy gwiazdy i wokół nich dysk materii, w którym formują się planety (tzw. dysk protoplanetarny).

Gwiazdy powstają z fragmentacji i zapadania się obłoków materii. Po narodzinach, młode gwiazdy są zwykle otoczone przez dysk gazu i pyłu, w którym mogą następować procesy powstawania planet. W przypadku, gdy w układzie jest więcej niż jedna gwiazda, oddziaływania grawitacyjne mogą rozerwać taki dysk. Przewidywania teoretyczne wskazują, że jeśli dysk nie jest ustawiony zgodnie z płaszczyzną orbitalną gwiazd, powinien ulec zakrzywieniu i rozerwaniu na pierścienie. Wygląda na to, że naukowcom udało się potwierdzić te przypuszczenia przy pomocy obserwacji układu GW Orionis.

Na zdjęciach dysku w systemie GW Orionis widać, że w wewnętrznej części dysku znajduje się odstający pierścień. Zawiera on pył o masie 30 mas Ziemi, co jest ilością wystarczającą do formowania planet.

Naukowcy przewidują, że jeśli w tym pierścieniu uformują się planety, to będą okrążać gwiazdę po bardzo nachylonych orbitach. Ponieważ ponad połowa gwiazd na niebie narodziła się z jedną lub większą liczbą towarzyszek, daje to ciekawe perspektywy: może istnieć nieznana populacja egzoplanet, które okrążają swoje gwiazdy po bardzo nachylonych i odległych orbitach. Badacze mają nadzieję, że dzięki nowej generacji gigantycznych teleskopów, takich jak np. budowany przez ESO blisko 40-metrowy teleskop ELT, uda się je odkryć.

Badania, które doprowadziły do opisywanych wyników, trwały przez 11 lat. Od 2008 roku naukowcy używali instrumentu AMBER, a potem GRAVITY na interferometrze VLT, łączącym światło z poszczególnych teleskopów wchodzących w skład VLT. Naukowcy zbadali grawitacyjny "taniec" trzech gwiazd w układzie GW Orionis i opracowali mapy ich orbit. Okazało się, że gwiazdy nie krążą w tej samej płaszczyźnie, ale ich orbity są nachylone względem siebie i względem dysku.

Obserwacje były prowadzone także przy pomocy instrumentu SPHERE na teleskopie VLT i sieci radioteleskopów ALMA. Dzięki temu udało się uzyskać obraz wewnętrznego pierścienia i potwierdzić, że odstaje on reszty dysku. Po raz pierwszy udało się także dostrzec cień rzucany przez pierścień na pozostałą część dysku.

Dane obserwacyjne połączono z symulacjami komputerowymi, aby zrozumieć co stało się z systemem. Symulacje pokazały, że niezgodności orbit trzech gwiazd mogą powodować, że dysk wokół nich rozrywa się na osobne pierścienie, czyli dokładnie to, co zobaczono w trakcie obserwacji. Obserwowany kształt wewnętrznego pierścienia pasuje także do przewidywań z symulacji numerycznych dotyczących tego, w jaki sposób dysk powinien być rozrywany.

Wyniki badań opublikowano w artykule, który ukazał się w najnowszym wydaniu czasopisma „Science”. W zespole badawczym byli astronomowie z Wielkiej Brytanii, Belgii, Chile, Francji, Niemiec i Stanów Zjednoczonych, którymi kierował Stefan Kraus z University of Exeter, School of Physics & Astronomy (Wielka Brytania).

Inny zespół badawczy, który prowadził badania tego samego systemu przy pomocy sieci radioteleskopów ALMA, uważa, że do wyjaśnienia obserwowanych efektów (rozerwania dysku) potrzebny jest jeszcze jedne czynnik: istnienie planety pomiędzy pierścieniami. Praca tej grupy ukazała się w maju b.r. w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters” (kierownik badań: Jiaqing Bi z University of Victoria w Kanadzie). Zidentyfikowano w niej trzy pierścienie pyłowe, z których najbardziej zewnętrzny jest największym kiedykolwiek zaobserwowanym wśród dysków protoplanetarnych.

Od układu GW Orionis dzieli nas 1300 lat świetlnych, a na niebie znajduje się w konstelacji Oriona. Co ciekawe, układ jest w zasięgu widoczności amatorskich teleskopów. (PAP)

cza/ ekr/