Astronomowie wykorzystali teleskopy ALMA i IRAM do wykonania po raz pierwszy bezpośredniego pomiaru temperatury dużych ziaren pyłu w zewnętrznych częściach dysku wokół młodej gwiazdy, w którym powstają planety. Dzięki zastosowaniu nowatorskiej techniki do obserwacji obiektu nazwanego nieoficjalnie Latającym Spodkiem, odkryli, że ziarna są znacznie chłodniejsze niż oczekiwano: -266 stopni Celsjusza. Ten zaskakujący rezultat sugeruje, że modele tego typu dysków powinny zostać zrewidowane.

Międzynarodowy zespół, który kierował Stephane Guilloteau z Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux (Francja), zmierzył temperaturę dużych ziaren pyłu wokół młodej gwiazdy 2MASS J16281370-2431391 w spektakularnym obszarze gwiazdotwórczym ro Ophiuchi, około 400 lat świetlnych od Ziemi.

Gwiazda ta jest otoczona przez dysk gazu i pyłu – tego typu dyski zwane są dyskami protoplanetarnymi, gdyż są początkowymi stadiami procesu powstawania układów planetarnych. Obserwowany dysk jest ułożony do nas prawie bokiem (patrzymy prawie w płaszczyźnie dysku), a jego wygląd na zdjęciach w zakresie widzialnym doprowadził do nazwania nieoficjalnie Latającym Spodkiem.

Astronomowie użyli Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do obserwacji poświaty pochodzącej od molekuł tlenku węgla w dysku 2MASS J16281370-2431391. Byli w stanie uzyskać bardzo ostre obrazy i odnaleźli coś dziwnego – w niektórych przypadkach rejestrowano negatywny sygnał! Zazwyczaj sygnał negatywny nie jest fizycznie możliwy, ale w tym przypadku istnieje wytłumaczenie, które prowadzi do zaskakującego wniosku.

Główny autor Stephane Guilloteau opisuje badania: „Dysk ten nie jest obserwowany na tle ciemnego i pustego nocnego nieba. Zamiast tego jego sylwetka jest widoczna na tle świecącej mgławicy ro Ophiuchi. Ta rozmyta poświata jest zbyt rozległa, aby mogła zostać wykryta przez ALMA, ale dysk ją absorbuje. Negatywny sygnał oznacza, że części dysku są chłodniejsze niż tło. Ziemia jest dosłownie w cieniu Latającego Spodka!

Zespół połączył pomiary dysku z ALMA z obserwacjami poświaty tła wykonanymi 30-metrowym teleskopem IRAM w Hiszpanii [1]. Uzyskano temperaturę ziaren dysku zaledwie -266 stopni Celsjusza (jedynie 7 stopni powyżej zera absolutnego, czyli 7 kelwinów) w odległości około 15 miliardów kilometrów od gwiazdy centralnej [2]. Są to pierwsze bezpośrednie pomiary temperatury dużych ziaren pyłu (o rozmiarach około jednego milimetra) w tego rodzaju obiektach.

Położenie mgławicy ro Ophiuchi w gwiazdozbiorze WężownikaESO

Grafika przedstawia konstelację Wężownika, w którego południowej części znajduje się obszar spektakularnych ciemnych i jasnych chmur stanowiących obszar gwiazdotwórczy. Na czerwono została zaznaczona pozycja najjaśniejszej gwiazdy w okolicy, ro Ophiuchi.

Uzyskana temperatura jest znacznie niższa niż -258 do -253 stopni Celsjusza (15 do 20 kelwinów) przewidywanych przez aktualne modele. Aby rozwiązać problem rozbieżności, duże ziarna pyłu muszą mieć odpowiednie właściwości, niezakładane przez modele, które pozwalają im schłodzić się do tak niskich temperatur.

Aby ocenić wpływ odkrycia na strukturę dysku musimy znaleźć prawdopodobne właściwości pyłu, które mogą skutkować tak niskimi temperaturami. Mamy kilka pomysłów – na przykład temperatura może być zależna od rozmiaru ziaren, większe mogą być chłodniejsze niż małe. Ale jest za wcześnie, aby być tego pewnym” dodaje współautorka Emmanuel di Folco (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux).

Jeżeli te niskie temperatury pyłu okazałyby się typowymi cechami dysków protoplanetarnych, może to mieć liczne konsekwencje dla zrozumienia w jaki sposób powstają i ewoluują.

Na przykład: różne właściwości pyłu będą wpływać na to, co dzieje się gdy cząstki pyłu zderzają się ze sobą, a w konsekwencji na ich rolę w tworzeniu podstawy do powstawania planet. Czy w tym kontekście potrzebna zmiana we własnościach pyłu jest znacząca, czy też nie, nie jest na razie możliwe do ocenienia.

Niskie temperatury pyłu mogą mieć także duży wpływ na mniejsze dyski pyłowe, o których wiadomo, że istnieją. Jeżeli takie dyski są zbudowane głównie z większych, ale chłodniejszych ziaren niż się obecnie przypuszcza, będzie to oznaczało, że zwarte dyski mogą być dowolnie masywne, czyli mogą w nich powstawać duże planety względnie blisko gwiazdy centralnej.

Potrzebne są dalsze obserwacje, ale wydaje się, że chłodniejszy pył znaleziony prze ALMA może mieć znaczące konsekwencje dla zrozumienia dysków protoplanetarnych.

Uwagi:

[1] Pomiary IRAM były potrzebne, ponieważ sama ALMA nie była wystarczająco czuła na rozciągnięte sygnały z tła.

[2] Odpowiada to sto razy dalszemu dystansowi niż Ziemi od Słońca. W Układzie Słonecznym obszar ten jest obecnie zajmowany przez pas Kuipera.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu