Στρεβλωμένος δίσκος αερίου που σχίζεται από τρία αστέρια που παρατηρούνται απευθείας για πρώτη φορά

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια θεαματική πρώτη από την άποψη των αστρικών σμηνών και των δίσκων αερίου που σχηματίζουν πλανήτες, ένα σύστημα –GW Orionis–με έναν στρεβλό δίσκο με σχισμένους εσωτερικούς δακτυλίους. Η ομάδα πιστεύει ότι το περίεργο σχήμα του δίσκου -που αψηφά την κοινή άποψη ενός επίπεδου αεροπλάνου που περιστρέφεται γύρω από πλανήτες και δίσκους αερίων- δημιουργήθηκε όταν η κακή ευθυγράμμιση των τριών αστέρων στο κέντρο του δίσκου τον έκανε να σπάσει σε διακριτούς δακτυλίους.

Εκτός από το να είναι εξαιρετικός από μόνος του, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο στρεβλός δίσκος θα μπορούσε να φιλοξενεί εξωτικούς και περίεργους εξωπλανήτες –όχι σε αντίθεση με τον Tatooine στη σειρά Star Wars– που σχηματίστηκαν μέσα στους κεκλιμένους δακτυλίους και, προς το παρόν, είναι κρυμμένοι από τα μάτια.

Περιεχόμενα

• 1 GW Orionis είναι Twisted
• 2 That Tears It! Πώς στραβώθηκε το GW Orionis
• 3 Πώς οι στρεβλωμένοι δακτύλιοι και οι πολλαπλοί ήλιοι επηρεάζουν τους εξωπλανήτες
• 4 Περαιτέρω ερωτήσεις και μελλοντικές έρευνες:Ψάχνοντας βαθύτερα στο GW Orionis

Το GW Orionis είναι Twisted

Η ομάδα είδε το στρεβλό σχήμα του συστήματος GW Orionis, το οποίο βρίσκεται 1300 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Ωρίωνα, σε παρατηρήσεις που έγιναν από το Very Large Telescope (VLT) που λειτουργεί από το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) και το Atacama Large Συστοιχία χιλιοστών/υποχιλιοστών (ALMA) με έδρα την έρημο της Χιλής. Όμως, το να οραματιστούμε σωστά αυτό το σχήμα και την αιτία του σήμαινε τη μελέτη του συστήματος για ένα εκπληκτικό 11 χρόνια.

«Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα από τη μελέτη μας είναι ότι μπορούμε να εντοπίσουμε την αιτία για τις λανθασμένες ευθυγραμμίσεις και να τη συνδέσουμε με το φαινόμενο «σκίσιμο δίσκου» που έχει προταθεί από θεωρητικούς πριν από 8 χρόνια, αλλά δεν έχει παρατηρηθεί μέχρι στιγμής», συνεχίζει ο Kraus. «Για αυτό, ήταν απαραίτητο να μετρηθεί η τροχιακή κίνηση των τριών αστέρων που βρίσκονται στο κέντρο του συστήματος κατά τη διάρκεια της 11ετούς τροχιακής τους περιόδου.

«Παρατηρήσαμε το GW Orionis, ένα σύστημα τριών αστέρων που περιβάλλεται από έναν δίσκο σχηματισμού πλανητών, με πολλά διαφορετικά τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένων των VLT και ALMA. Μετά από παρατήρηση των τριών αστέρων για αρκετά χρόνια, η ομάδα μας μπόρεσε να υπολογίσει τις τροχιές με μεγάλη ακρίβεια», λέει στο ZME Science, μέλος της ομάδας Άλισον Γιανγκ από τα Πανεπιστήμια του Έξετερ και του Λέστερ. "Αυτά τα δεδομένα μας επέτρεψαν να δημιουργήσουμε ένα λεπτομερές μοντέλο υπολογιστή του συστήματος, το οποίο προέβλεπε ότι ο δίσκος θα λυγίσει και ακόμη και θα σχιζόταν για να σχηματίσει έναν ξεχωριστό εσωτερικό δακτύλιο."

Μια εργασία που περιγράφει λεπτομερώς τη δουλειά τους δημοσιεύεται στο περιοδικό Science.

That Tears It! Πώς παραμορφώθηκε το GW Orionis

Οι εικόνες του GW Orionis που συνέλεξαν οι αστρονόμοι αντιπροσωπεύουν την πρώτη απεικόνιση του σχίσιμου δίσκου που καταγράφηκε ποτέ από ερευνητές. Αυτό το σχίσιμο και το «στρεβλό» φαινόμενο που δημιούργησε το χαρακτηρίζει ως ένα πλανητικό σύστημα εξαιρετικά διαφορετικό από το ηλιακό σύστημα.

«Οι ακτινικές σκιές στην εικόνα VLT SPHERE είναι σαφής απόδειξη ότι ο δακτύλιος έχει κλίση. Για να σχηματίσετε μια στενή σκιά όπως αυτή στον δίσκο, χρειάζεστε έναν αρκετά αδιαφανή δακτύλιο υλικού που βρίσκεται υπό γωνία ως προς την επιφάνεια του δίσκου, εμποδίζοντας το φως των αστεριών», εξηγεί ο Young. "Αυτό το αποτέλεσμα είναι συνεπές με κάποια μοντελοποίηση που έγινε από μέλη της ομάδας που επεξεργάστηκαν τους πιο πιθανούς προσανατολισμούς των στοιχείων του συστήματος."

«Αυτό το σύστημα είναι ασυνήθιστο επειδή οι τροχιές των τριών αστεριών δεν είναι ευθυγραμμισμένες, σε αντίθεση με τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος, δεν περιφέρονται στο ίδιο επίπεδο και αυτά τα αστέρια φιλοξενούν έναν μεγάλο δίσκο που έχει επίσης κλίση σε σχέση με τις τροχιές τους», συνεχίζει ο Young. . "Βλέπουμε τώρα κάθε είδους ενδιαφέρουσες δομές σε εικόνες πρωτοπλανητικών δίσκων, αλλά αυτή είναι η πρώτη άμεση απόδειξη του φαινομένου του σχίσιμου δίσκου."

Οι παρατηρήσεις έδωσαν επίσης στους ερευνητές μια ιδέα για την τεράστια κλίμακα του δίσκου GW Orionis.

Εκτός από τη δυνατότητα ανακατασκευής του σχισμένου δίσκου του GW Orionis από τα δεδομένα ALMA σε συνδυασμό με δεδομένα που συλλέχθηκαν από πολλά άλλα τηλεσκόπια, η ομάδα κατάφερε να συνδυάσει τη διαδικασία με την οποία πιθανότατα συνέβη αυτό το σχίσιμο. Συμπεραίνουν ότι θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα αυτών των τριών, κακώς ευθυγραμμισμένων αστέρων. Κάτι που αρχικά προκάλεσε έκπληξη στους αστρονόμους.

Η Alison Young εξηγεί ότι επειδή ο δίσκος περιβάλλει τρία αστέρια και οι τροχιές αυτών των αστεριών δεν είναι ευθυγραμμισμένες μεταξύ τους, η βαρυτική έλξη στον δίσκο δεν είναι η ίδια παντού. Αυτό σημαίνει ότι το αέριο και η σκόνη που περιφέρονται στον δίσκο γύρω από και τα τρία αστέρια αισθάνονται διαφορετική δύναμη σε διαφορετικές θέσεις του δίσκου. Αυτό είναι που σκίζει τον δίσκο σε ξεχωριστούς δακτυλίους.

Πώς οι στρεβλωμένοι δακτύλιοι και οι πολλαπλοί ήλιοι επηρεάζουν τους εξωπλανήτες

Μια ενδιαφέρουσα συνέπεια της παραμόρφωσης αυτού του αερίου και της σκόνης είναι ότι θα τυλίξει δακτυλίους υλικού γύρω από όλους τους πλανήτες που σχηματίζονται μέσα σε αυτό. Αυτό το σχίσιμο έχει επίσης σημαντική επίδραση στις τροχιές αυτών των εξωπλανητών. Αυτό οδηγεί σε συνθήκες που θα έκαναν τους εξωπλανήτες στο σύστημα GW Orionis σημαντικά διαφορετικούς από τους πλανήτες στο δικό μας ηλιακό σύστημα.

«Οι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα έχουν όλοι λίγο πολύ ευθυγραμμισμένες τροχιές. Οποιοιδήποτε πλανήτες σχηματίζονται στον στρεβλό δίσκο ή τον κακώς ευθυγραμμισμένο δακτύλιο θα μπορούσαν να έχουν πολύ κεκλιμένες τροχιές», λέει ο Γιανγκ. «Περαιτέρω, ο δίσκος είναι πιο επίπεδος και όλοι οι πλανήτες που σχηματίζονται εκεί είναι πιθανό να περιφέρονται σε ένα παρόμοιο επίπεδο με τον δίσκο. Φυσικά, όλοι οι πλανήτες που σχηματίζονται στο σύστημα GW Orionis θα έχουν επίσης τρεις ήλιους!»

Ο Kraus επισημαίνει ότι πλανήτες με λοξές τροχιές έχουν εντοπιστεί στο παρελθόν –ιδιαίτερα στην περίπτωση των «Καυτών Δίων»–πλανήτες με μάζα και μέγεθος συγκρίσιμο με τον μεγαλύτερο πλανήτη του ηλιακού συστήματος, αλλά που περιφέρονται πιο κοντά στο αστέρι τους και διέρχονται από το πρόσωπό του.

«Οι θερμοί Δίας περιφέρονται γύρω από τα αστέρια τους πολύ κοντά, και είναι σαφές ότι δεν έχουν σχηματιστεί στις λοξές τροχιές όπου τους παρατηρήσαμε. Αντίθετα, πρέπει να έχουν μετακινηθεί σε αυτές τις τροχιές μέσω διαδικασιών μετανάστευσης», λέει ο Kraus. «Δεν έχουμε βρει ακόμη πλανήτες μεγάλης περιόδου σε λοξές τροχιές – συγκρίσιμους με τη Γη ή τον Δία. Ωστόσο, η έρευνά μας δείχνει ότι τέτοιοι πλανήτες θα μπορούσαν να σχηματιστούν στους σχισμένους δακτυλίους γύρω από πολλαπλά συστήματα.

Η ύπαρξη κάτω από τη λάμψη τριών ήλιων θα έκανε τους πλανήτες στο σύστημα GW Orionis παρόμοιους κατά κάποιο τρόπο με έναν εξωπλανήτη που ανακαλύφθηκε από αστρονόμους από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα το 2016.

Ο νεαρός εξωπλανήτης HD 131399Ab, 340 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Κενταύρου, έχει μια καυτή θερμοκρασία περίπου 580 C και υπάρχει σε μια κατάσταση σταθερής ημέρας. Έχει επίσης συγκριθεί με τον πλανήτη Tatooine από τη σειρά Star Wars. Αλλά ο Στράους πιστεύει ότι οι πλανήτες στο GW Orionis θα μπορούσαν να είναι πολύ πιο δροσεροί από αυτό - ή θα μπορούσαν να εναλλάσσονται μεταξύ ψυχρού και θερμού κλίματος.

«Οι πλανήτες σε τέτοιες τροχιές θα μπορούσαν να έχουν σταθερές ατμοσφαιρικές συνθήκες, αλλά θα ήταν «κόσμοι πάγου» με χαμηλές θερμοκρασίες στην επιφάνειά τους», λέει ο Kraus. «Οι πλανήτες που θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί στον περιαστρικό/περιφερικό δίσκο θα αντιμετωπίσουν ακραίες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, ανάλογα με το πού βρίσκονται στην τροχιά τους. Αυτό θα οδηγήσει σε ένα έντονα μεταβλητό κλίμα.»

Περαιτέρω ερωτήσεις και μελλοντικές έρευνες:Ερευνώντας βαθύτερα στο GW Orionis

Εξακολουθούν να υπάρχουν ερωτήματα σχετικά με το σύστημα GW Orionis, ειδικά υπό το φως της έρευνας από άλλη ομάδα που ερεύνησε το σύστημα με το τηλεσκόπιο ALMA. Αυτό το έργο δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal Letters νωρίτερα φέτος– υποδηλώνει ότι η κατανόησή μας για το πώς ο δίσκος παραμορφώθηκε λείπει ένα ζωτικό στοιχείο. «Πιστεύουμε ότι η παρουσία ενός πλανήτη ανάμεσα σε αυτούς τους δακτυλίους είναι απαραίτητη για να εξηγηθεί γιατί ο δίσκος διαλύθηκε», λέει ο Jiaqing Bi του Πανεπιστημίου της Βικτώριας στον Καναδά, επικεφαλής συγγραφέας μιας εργασίας.

Μιλώντας στο ZME Science αποκλειστικά, ο Kraus ασχολείται με αυτήν την προηγούμενη έρευνα:«Αυτό το εναλλακτικό σενάριο, όπου ένας αόρατος πλανήτης που βρίσκεται μεταξύ του εσωτερικού και του μεσαίου δακτυλίου μπορεί να είναι η αιτία για το ασυνήθιστο σχήμα του δίσκου, είναι πιο εικαστικό, καθώς δεν έχει βρεθεί ακόμη πλανήτης. », λέει ο αστροφυσικός. «Επίσης, οι συγγραφείς της εργασίας είχαν λιγότερες πληροφορίες για το τρισδιάστατο σχήμα του δίσκου, καθώς οι παρατηρήσεις τους στο ALMA είχαν 6 φορές χαμηλότερη λύση και δεν είχαν εικόνες διάσπαρτου φωτός που να δείχνουν τις σκιές. Επιπλέον, δεν γνώριζαν τις πλήρεις τροχιές."

Η Young συνεχίζει προσθέτοντας μια μελλοντική ερώτηση σχετικά με το GW Orionis που θα ήθελε να απαντηθεί και αφορά τον μηχανισμό που προκάλεσε τη στρέβλωση του δίσκου σχηματισμού πλανητών as και σκόνης.

«Σκεφτείτε ένα αστέρι σαν μια περιστρεφόμενη κορυφή που γέρνει υπό γωνία», προτείνει ο ερευνητής. «Θέλουμε να μάθουμε πόσο κλίση έχουν τα αστέρια, ώστε να μπορούμε να ελέγξουμε αν η κλίση ενός αστεριού –ή ο «άξονας περιστροφής»– ταιριάζει με την κλίση του δίσκου του ή αν τα αστέρια σε ένα δυαδικό ή τριπλό σύστημα έχουν τις ίδιες ή διαφορετικές κλίσεις. "

Μερικά μέλη της ομάδας που έκανε αυτή την ανακάλυψη αναπτύσσουν επί του παρόντος μια τεχνική για τη μέτρηση του άξονα περιστροφής των αστεριών που θα μπορούσε να βοηθήσει μαζικά στην κατανόηση του τρόπου σχηματισμού αυτών των συστημάτων.

Υπενθυμίζοντας ότι αν και αυτό δεν είναι το πρώτο σύστημα που ανακαλύφθηκε με τέτοιο στρεβλό δίσκο, είναι το πρώτο με σχισμένο δίσκο που παρατηρείται άμεσα. Αυτό σημαίνει ότι το κλειδί για την απάντηση επίμονων ερωτήσεων βρίσκεται πιθανότατα στην άμεση παρατήρηση περισσότερων συστημάτων που μοιράζονται χαρακτηριστικά με το GW Orionis.

«Υπάρχουν μερικοί δίσκοι που σχηματίζουν πλανήτες που δείχνουν κάποιες ενδείξεις παραμόρφωσης, αλλά για αυτούς δεν είναι σαφές τι προκαλεί το αποτέλεσμα ή υπάρχει ένα εναλλακτικό σενάριο που μπορεί να εξηγήσει τις παρατηρήσεις, το οποίο δεν έχει αποκλειστεί ακόμη», προσθέτει ο Young. . "Αυτή είναι η πρώτη φορά που έχει παρατηρηθεί άμεσα σχίσιμο δίσκου και το μόνο σύστημα μέχρι στιγμής για το οποίο μπορούμε να συνδέσουμε τη δομή με τον φυσικό μηχανισμό πίσω από αυτήν."

Ο Young προτείνει ότι τα αποτελέσματα μιας μεγαλύτερης έρευνας που πραγματοποιήθηκε από τη διάταξη ALMA θα μπορούσαν να παρέχουν σαφέστερες πληροφορίες σχετικά με την κίνηση του αερίου σε δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες και τη χημική τους σύσταση, βοηθώντας έτσι την ομάδα να συγκεντρώσει περισσότερες πληροφορίες για τον δίσκο GW Orionis.

«Θα θέλαμε να λάβουμε υψηλής ανάλυσης παρατηρήσεις μοριακής εκπομπής από το GW Orionis για να ρίξουμε περισσότερο φως στην κίνηση του αερίου στον δίσκο και ίσως να αποκαλύψουμε τυχόν πλανήτες που σχηματίζονται», εξηγεί. «Φυσικά, επιθυμούμε επίσης να καταλάβουμε αν υπάρχουν διαφορές στον τρόπο με τον οποίο οι πλανήτες μπορεί να σχηματιστούν σε στρεβλωμένους δίσκους σε σύγκριση με επίπεδους δίσκους γύρω από ένα αστέρι και θα εργαστούμε σε νέα μοντέλα υπολογιστών για να το δούμε αυτό, χρησιμοποιώντας όσα μάθαμε από τις παρατηρήσεις μας."

Η Young εξηγεί τη σημασία των εικόνων του GW Orionis που κατέγραψε η ομάδα, ενώ εστιάζει σε μια εικόνα που για εκείνη έφερε στο σπίτι τη σημασία της έρευνας στην οποία έπαιξε ρόλο.

Για τον Stefan Kraus, η ομορφιά της έρευνας ενός συστήματος όπως το GW Orionis είναι το θαύμα για να φανταστεί κανείς πώς είναι να στέκεσαι στην επιφάνεια ενός τέτοιου κόσμου και να κοιτάς τον ουρανό. Ο Kraus καταλήγει:«Ο μισός ουρανός θα καλυπτόταν από ένα τεράστιο στημόνι δίσκου που φωτίζεται από τα 3 αστέρια, που αναχαιτίζεται από στενές σκιές που ρίχνονται από τον κακώς ευθυγραμμισμένο δακτύλιο δίσκου».