Gwiazdy powstają na skutek grawitacyjnego kurczenia się gazu – głównie wodoru – oraz pyłu. Nawet po narodzinach protogwiazdy, gaz i pył nadal na nią opadają. W tym samym czasie gazowy dysk rośnie wokół protogwiazdy i w końcu ewoluuje w system planetarny. Jednak proces tworzenia takiego dysku, a także związane z tym zmiany chemiczne, nie zostały potwierdzone obserwacyjnie. Nami Sakai z Uniwersytetu w Tokio i jej zespół obserwują młodą protogwiazdę – L1527 w obłoku molekularnym w Byku. Odkryli oni zmiany chemiczne w strefie między opadającą otoczką i gazowym dyskiem. Do tej pory uważano, że materia międzygwiezdna dostarczana jest bez zakłóceń oraz bez zmian chemicznych do dysku protogwiazdy. Jednak model ten okazał się zbyt uproszczony.

Artykuł napisała Natalia Pawłowska.

Opadający gaz jest spowalniany przez siłę odśrodkową i gromadzi się w zewnętrznej części dysku, gdzie zostaje ogrzany, co prowadzi do silnych zmian chemicznych. Takie zmiany rozświetlają zewnętrzną krawędź dysku, który cały czas rośnie. Układ Słoneczny także mógł doświadczyć takiej sytuacji. Konieczne jest wykrycie tego, jak materia protosłońca znaleziona w meteorytach przeszła przez takie same chemiczne zmiany podczas tworzenia słonecznej mgławicy. W tym wypadku badania te podejmują ważny problem zrozumienia, czy przykład Układu Słonecznego jest wyjątkowy, czy powszechny we Wszechświecie.

Układ Słoneczny powstał około 4,6 miliarda lat temu, po pewnym czasie na Ziemi pojawiło się życie. Jak wyjątkowa jest ta sytuacja? Jeśli chcemy odpowiedzieć na to pytanie musimy zrozumieć jak dokładnie formuje się dysk protoplanetarny, a co za tym idzie poznać chemiczne zmiany zachodzące w tym procesie. Jak dotąd nie przeprowadzono jednak dokładnych obserwacji w tym kierunku. Do tej pory większość badań koncentrowała się na zmianach w strukturze fizycznej oraz na kinematyce dotyczącej procesu tworzenia się dysku. Jednak za pomocą konwencjonalnego podejścia trudno było odróżnić dysk protoplanetarny od opadającej materii.

Z drugiej strony zmiany chemiczne dotyczące formacji dysku były słabo zbadane obserwacyjnie – jest to skutkiem niskiej czułości i rozdzielczości przestrzennej starszych teleskopów radiowych. W takim wypadku trudno o dokładniejsze i lepsze modele. Oczywiście zmiany chemiczne i fizyczne powstające podczas formowania się dysku są ze sobą połączone. Tworzenie dysku wokół młodej protogwiazdy zostało więc zbadane także z nowego punktu widzenia łączącego fizykę i chemię.

L1527 w obłoku molekularnym w Byku (TMC-1) kryje w sobie młodą protogwiazdę. Zespół kierowany przez Sakai prowadzi obserwacje w bardzo wysokiej rozdzielczości dzięki teleskopowi ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Chcieli oni zbadać proces tworzenia się dysku, używając do tego linii widmowych różnych cząsteczek.

W rezultacie stwierdzili, że łańcuchowe cząsteczki węgla i podobne molekuły prawie całkowicie znikają z gazu w odległości około 100 AU od protogwiazdy. Dokładne pomiary ruchu gazu za pomocą przesunięcia Dopplera na liniach widmowych składowych gazów wykazały, że odległość ta odpowiada promieniowi bariery odśrodkowej. Przy takim promieniu opadający gaz jest zatrzymywany i gromadzony, a następnie stopniowo przenoszony do wewnętrznej części dysku. Jest to granica kształtowania się dysku. Sytuacja ta ma bezpośredni związek z liniami spektralnymi cyklopropenylidenu (c-C3H2).

Jednak rozkład cząsteczek tlenku siarki (SO) umiejscowiony jest w promieniu odśrodkowej bariery odśrodkowej. Ponadto temperatura tego związku jest wyższa niż opadającego gazu. Oznacza to, że gaz ten prawdopodobnie powoduje lekki wstrząs, kiedy opada na zewnętrzną część bariery odśrodkowej dysku. Temperatura gazu w tej odległości rośnie, co powoduje, że cząsteczki zamrożone w pyle zmieniają swój stan skupienia na gazowy. Ze względu na gęstość dysku większość cząsteczek zostaje ponownie zamieniona na ziarenka pyłu, kiedy przedostają się one do wnętrza.

Badania te ukazały więc drastyczne zmiany w składzie chemicznym podczas tworzenia się dysku młodej protogwiazdy. Dzięki połączeniu fizyki i chemii udało się podkreślić znaczenie zewnętrznej części dysku, gdzie następuje akrecja gazu. Sukces ten był możliwy dzięki teleskopowi ALMA, a badania te na pewno zostaną rozszerzone na inne regiony formujących się gwiazd. Pomimo tego, że poczyniono wiele starań i wysiłku, aby zrozumieć jak formuje się system planetarny, te badania są nowatorskie, jeśli chodzi o wszelkie chemiczne zmiany zachodzące podczas tego procesu. Dzięki rozszerzeniu metody badań w ciągu najbliższych kilku lat odnajdziemy odpowiedzi na wiele pytań związanych z tym tematem. Następnie naukowcy będą w stanie zbadać, czy Układ Słoneczny także doświadczył takich drastycznych zmian o podłożu chemicznym. W tym samym czasie Układ Słoneczny badany jest poprzez mikroanalizę meteorytów oraz spektroskopię komet czy tym podobnych ciał.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu