Komunikat prasowy

Nowe obserwacje pokazały dysk protoplanetarny rozerwany przez jego trzy gwiazdy centralne

3 września 2020

Zespół naukowców zidentyfikował pierwszy bezpośredni dowód na to, że grupy gwiazd mogą rozerwać swój dysk protoplanetarny, pozostawiając go w zaburzonym kształcie i z pochylonymi pierścieniami. Nowe badania sugerują, że egzotyczne planety, w przeciwieństwie do Tatooine z Gwiezdnych Wojen, mogą powstawać w nachylonych pierścieniach w zakrzywionych dyskach wokół gwiazd wielokrotnych. Wyniki udało się uzyskać dzięki obserwacjom przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), który należy do ESO, a także Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Nasz Układ Słoneczny jest niezwykle płaski, z wszystkimi planetami krążącymi po orbitach w praktycznie tej samej płaszczyźnie. Ale nie zawsze mamy do czynienia z taką sytuacją, szczególnie w przypadku dysków, w których formują się planety (tzw. dysków protoplanetarnych) wokół gwiazd wielokrotnych, takich jak obiekt analizowany w nowych badaniach: GW Orionis. System ten znajduje się nieco ponad 1300 lat świetlnych od nas w kierunku konstelacji Oriona, posiada trzy gwiazdy i otaczający je zdeformowany, rozerwany dysk.

“Nasze obrazy ukazują ekstremalny przypadek, w którym dysk nie jest wcale płaski, ale zakrzywiony i ma nierówno ustawiony pierścień, który odseparował się od dysku” mówi Stefan Kraus, profesor astrofizyki na University of Exeter w Wielkiej Brytanii, który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaj w czasopiśmie Science. Odstający pierścień znajduje się w wewnętrznej części dysku, blisko trzech gwiazd.

Nowe badania pokazały także, że wewnętrzny pierścień zawiera pył o masie 30 mas Ziemi, co powinno być wystarczające do formowania planet. „Ewentualne planety uformowane w tym inaczej ustawionym pierścieniu będą okrążać gwiazdę po bardzo nachylonych orbitach. Przewidujemy, że wiele planet na nachylonych orbitach o dużej separacji, będzie można odkryć w przyszłości przy pomocy obserwacji obrazujących, na przykład z użyciem ELT” tłumaczy członek zespołu Alexander Kreplin z University of Exeter, odnosząc się do Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT), budowanego przez ESO, który ma według planów zacząć działanie w dalszej części tej dekady. Ponieważ ponad połowa gwiazd na niebie narodziła się z jedną lub większą liczbą towarzyszek, rodzi to ciekawe perspektywy: może istnieć nieznana populacja egzoplanet, które okrążają swoje gwiazdy po bardzo nachylonych i odległych orbitach.

Wywnioskowanie takich konkluzji było możliwe dzięki obserwacjom GW Orionis prowadzonym przez 11 lat. Zaczynając od 2008 roku, zespół używał instrumentu AMBER, a potem GRAVITY na należącym do ESO interferometrze VLT w Chile, który łączy światło od różnych teleskopów VLT. Naukowcy badali grawitacyjny taniec trzech gwiazd w tym układzie i wykonali mapy ich orbit. „Odkryliśmy, że trzy gwiazd nie krążą w tej samej płaszczyźnie, ale ich orbity są nachylone względem siebie i względem dysku” mówi Alison Young z uniwersytetów Exeter i Leicester, należąca do zespołu badawczego.

Naukowcy obserwowali system także przy pomocy instrumentu SPHERE na teleskopie VLT i przy pomocy ALMA, w której ESO jest partnerem. Dzięki temu byli w stanie uzyskać obraz wewnętrznego pierścienia i potwierdzić jego odstające położenie. Dzięki SPHERE udało się także zobaczyć, po raz pierwszy, cień, który pierścień rzuca na resztę dysku. Pomogło to w ustaleniu trójwymiarowego kształtu pierścienia i całego dysku.

Międzynarodowy zespół, który obejmuje naukowców z Wielkiej Brytanii, Belgii, Chile, Francji i Stanów Zjednoczonych, połączył następnie swoje wyczerpujące obserwacje z symulacjami komputerowymi, aby zrozumieć, co stało się z systemem. Po raz pierwszy byli w stanie wyraźnie połączyć zaobserwowane odstające położenie z teoretycznym „efektem rozrywania dysku”, co sugeruje, że konfliktujące ze sobą przyciąganie grawitacyjne od gwiazd w różnych płaszczyznach, może zakrzywiać i rozrywać ich dyski.

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.

Co ciekawe, inny zespół badawczy, który analizował ten sam system przy pomocy ALMA, sądzi, że do zrozumienia tego systemu potrzebny jest jeszcze inny składnik. „Uważamy, że do wyjaśnienia dlaczego dysk uległ rozerwaniu jest potrzebne istnienie planety pomiędzy pierścieniami” mówi Jiaqing Bi z University of Victoria w Kanadzie, który kierował badaniami GW Orionis opublikowanymi w The Astrophysical Journal Letters w maju tego roku. Jego zespół zidentyfikował na podstawie obserwacji ALMA trzy pierścienie pyłowe, z najbardziej zewnętrznym pierścieniem będącym największym kiedykolwiek zaobserwowanym dyskiem protoplanetarnym.

Przyszłe obserwacje przy pomocy ELT i innych teleskopów mogą pomóc astronomom w pełni odkryć naturę GW Orionis i ukazać młode planety powstające wokół trzech gwiazd tego systemu.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule w pt. „A triple star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing”, który ukaże się w Science (doi: 10.1126/science.aba4633).

Skład zespołu badawczego: Stefan Kraus (University of Exeter, School of Physics & Astronomy, Wielka Brytania [Exeter]) Alexander Kreplin (Exeter), Alison K. Young (Exeter and School of Physics and Astronomy, University of Leicester, Wielka Brytania), Matthew R. Bate (Exeter), John D. Monnier (University of Michigan, USA [Michigan]), Tim J. Harries (Exeter), Henning Avenhaus (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Niemcy), Jacques Kluska (Exeter and Instituut voor Sterrenkunde, KU Leuven, Belgium [KU Leuven]), Anna S. E. Laws (Exeter), Evan A. Rich (Michigan), Matthew Willson (Exeter and Georgia State University, USA), Alicia N. Aarnio (University of North Carolina Greensboro, USA), Fred C. Adams (Michigan), Sean M. Andrews (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA [CfA]), Narsireddy Anugu (Exeter, Michigan and Steward Observatory, University of Arizona, USA), Jaehan Bae (Michigan and Carnegie Institution for Science, Washington, USA), Theo ten Brummelaar (The CHARA Array of Georgia State University, California, USA), Nuria Calvet (Michigan), Michel Cure (Instituto de Fisica y Astronomia, Universidad de Valparaiso, Chile), Claire L. Davies (Exeter), Jacob Ennis (Michigan), Catherine Espaillat (Michigan and Boston University, USA), Tyler Gardner (Michigan), Lee Hartmann (Michigan), Sasha Hinkley (Exeter), Aaron Labdon (Exeter), Cyprien Lanthermann (KU Leuven), Jean-Baptiste LeBouquin (Michigan and Universite Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, France), Gail H. Schaefer (CHARA), Benjamin R. Setterholm (Michigan), David Wilner (CfA), and Zhaohuan Zhu (University of Nevada, USA).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia (IA/FCUL) strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”. 

Linki

• Publikacja nukowa
• Interaktywny model 3D struktury dysku i orbit gwiazd w układzie potrójnym GW Orionis, opracowany na podstawie obserwacji (otwórzy przy pomocy programu Acrobat Reader, aby poprawnie wyświetlić elementy interaktywne)
• Potrójny system GW Orionis zaprezentowany w rzeczywistości rozszerzonej (dzięki National Radio Astronomy Observatory)
• Zdjęcia VLT
• Zdjęcia ALMA
• Dla naukowców: masz ciekawe wyniki? Pokaż swoje badania

Kontakt

Stefan Kraus
Associate Professor in Astrophysics, University of Exeter
Exeter, UK
Tel.: +44 1392 724125
E-mail: S.Kraus@exeter.ac.uk

Alexander Kreplin
Postdoctoral Research Fellow, University of Exeter
Exeter, UK
Tel.: +44 1392 725571
E-mail: A.Kreplin@exeter.ac.uk

Alison Young
Postdoctoral Research Associate, University of Leicester
Leicester, UK
Tel.: +44 116 3736281
E-mail: alison.young@leicester.ac.uk

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: pio@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych