Sprawdzanie prędkości ramion spiralnych dysków protoplanetarnych

To stara debata: grawitacja czy towarzysze? Spektakularne ramiona spiralne, które widzimy w niektórych dyskach protoplanetarnych, prawdopodobnie są wywołane przez jedną lub drugą.

Wśród wielu wirujących dysków gazu i pyłu, które astronomowie zauważyli wokół młodych, nowo powstałych gwiazd, ponad tuzin posiada godną uwagi cechę: ramiona spiralne na dużą skalę, które mogą rozciągać się na dziesiątki do setek jednostek astronomicznych.

Formowanie się tych ramion pozostaje otwartą kwestią. Czy są one spowodowane niestabilnością grawitacyjną, która napędza spiralne nagromadzenie materii dysku? A może są wywołane przez obecność ukrytego planetarnego towarzysza krążącego wewnątrz dysku?

Tak czy inaczej, odpowiedź ukaże cenne informacje o układzie. Jeżeli ramiona spiralne są napędzane przez niestabilność grawitacyjną, można ograniczyć masę dysku. Jeżeli są wywołane interakcją dysku z planetarnym towarzyszem, można wywnioskować masę i położenie planety.

Wcześniejsze badania ramion spiralnych koncentrowały się na badaniu obserwacji statycznych dysków. Jednak zespół naukowców kierowany przez Bin Ren (California Institute of Technology) przyjął inne podejście, zamiast tego przyjrzeli się, jak ramiona spiralne jednego dysku poruszają się w czasie.

Ren i współpracownicy zgromadzili obserwacje MWC 758 wykonane przy użyciu Very Large Telescope SPHERE, młodej gwiazdy i dysku z ramionami spiralnymi, zlokalizowanej nieco ponad 500 lat świetlnych od nas. Następnie dopasowują modele do ramion spiralnych MWC 758, aby ustalić prędkości kątowe, z jakimi rotują ramiona.

Autorzy pracy poszukiwali jednego z dwóch potencjalnych wyników związanych z pochodzeniem ramion:

  1. Jeżeli są napędzane przez niestabilność grawitacyjną, materia ramion porusza się z lokalną prędkością keplerowską, określoną przez masę gwiazdy centralnej. Oznacza to, że wewnętrzne części ramion poruszają się szybko, a zewnętrzne wolniej, z czasem unosząc ramiona coraz bardziej.
  2. Jeżeli są napędzane przez planetarnego towarzysza, ramiona będą się poruszać jako solidna konstrukcja, która będzie odpowiadać prędkości towarzysza.

Ren i jego współpracownicy odkryli, że ruchy ramion nie zgadzają się z niestabilnością grawitacyjną – wzór prędkości jest w przybliżeniu pięciokrotnie na to za mały! Zamiast tego ruch spiralny jest dobrze dopasowany do modelu, w którym planetarny towarzysz znajduje się w odległości ~170 jednostek astronomicznych i zachowuje ramiona.

Bazując na obrazowaniu dysku, autorzy ustalili górne granice około 5 mas Jowisza dla ukrytego towarzysza planetarnego, który napędza ramiona. Układ MWC 758 jest idealnym celem dla przyszłych obserwacji za pomocą obecnych i nadchodzących teleskopów, by móc spróbować dostrzec planetę napędzającą jego ramiona – zwłaszcza teraz, gdy wiemy, gdzie szukać!

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AAS

Vega

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *