Група астрономів виявила перші прямі докази того, що групи зір можуть розірвати свій протопланетний диск, спричинивши його викривлення і появу нахилених кілець. Результати цього нового дослідження дають змогу припустити, що екзотичні планети, схожі на Татуїн із фільму «Зоряні війни», можуть утворюватися в нахилених кільцях в межах зігнутих протопланетних дисків навколо багатьох зір. Відкриття уможливили спостереження за допомогою Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory’s Very Large Telescope, ESO’s VLT) та Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA).
Наша планетна система дуже плоска — планети лежать в одній площині. Але це не завжди так, особливо для протопланетних дисків навколо кратних зір, як об’єкт нового дослідження: GW Оріона. Ця система, що лежить від Землі на відстані трохи більше 1300 світлових років у напрямку сузір’я Оріона, має три зорі та деформований, розірваний диск навколо них.
На цій мапі показано розташування потрійної зоряної системи GWОріона в однойменному сузір’ї. Мапа містить більшість зір, видимих неозброєним оком за гарних умов, а місце розташування GWОріона позначено червоним кружком. Фото з сайту www.eso.org.
«Зображення, які ми отримали, показують особливий випадок, коли диск не плоский, а викривлений і має кільце із зміщеним центром, відірване від диска», — сказав Стефан Краус (Stefan Kraus), професор астрофізики з Ексетерського університету (Великобританія), який керував дослідженням. Його результати оприлюднив журнал Science. Зміщене кільце розташоване у внутрішній частині диска, поблизу трьох центральних зір.
Нове дослідження також виявило, що маса пилу внутрішнього кільця становить близько 30 мас Землі. Цього достатньо для формування планет. «Будь-які планети, сформовані в зміщеному кільці, обертатимуться навколо зорі на сильно нахилених орбітах, і ми прогнозуємо, що багато планет на таких орбітах і на великих відстанях від материнських зір будуть виявлені в майбутньому, наприклад, за допомогою Надзвичайно великого телескопа (Extremely Large Telescope, ELT)», — сказав учасник групи науковців Олександр Креплін (Alexander Kreplin) з Ексетерського університету. Він має на увазі Надзвичайно великий телескоп Європейської південної обсерваторії, який планують ввести в дію наприкінці цього десятиліття. Оскільки більше половини зір формуються з одним або кількома компаньйонами, то це відкриває захопливу перспективу: може існувати невідома популяція екзопланет, які обертаються навколо своїх зір на дуже нахилених і віддалених орбітах.
Щоб дійти таких висновків, науковці спостерігали за GW Оріона понад 11 років. Починаючи з 2008 року, вони використовували прилад AMBER, а згодом і GRAVITY, який працює в складі інтерферометра VLT ESO в Чилі. Інтерферометр об’єднує світло від різних окремих телескопів VLT, що дало змогу вивчити рух трьох зір, який вони здійснюють під впливом їхніх сил тяжіння, та встановити їхні орбіти. «Ми виявили, що три зорі не обертаються в одній площині, тобто їхні орбіти зміщені як одна відносно іншої, так і диска», — сказала Елісон Янґ (Alison Young) з університетів у Ексетері та Лестері та учасник наукової групи.
Астрономи також спостерігали систему GW Оріона за допомогою приймача SPHERE на VLT ESO та ALMA, в якій Європейська південна обсерваторія є партнером, і змогли отримати зображення внутрішнього кільця та підтвердити, що воно не лежить у площині диска. Приймач SPHERE також дав змогу науковцям вперше побачити тінь, яку це кільце кидає на диск. Це допомогло з’ясувати тривимірну форму кільця та диска.
За допомогою радіотелескопа ALMA, який використовує Європейська південна обсерваторія на умовах партнерства, та приймача SPHERE на Дуже великому телескопі ESO, отримано зображення GW Оріона, потрійної зоряної системи з незвичним внутрішнім регіоном. На відміну від плоских протопланетних дисків, які астрономи спостерігають навколо багатьох зір, GW Оріона має викривлений диск, деформований внаслідок рухів трьох зір у центрі системи. Зображення, отримане за допомогою ALMA (ліворуч), показує кільцеву структуру диска, де внутрішнє кільце, відокремлене від решти диска. Дані спостережень з приймачем SPHERE (праворуч) дали змогу астрономам вперше побачити тінь цього внутрішнього кільця на диску, що дозволило встановити його викривлену форму. Фото з сайту www.eso.org.
Потім міжнародна наукова група, до якої входять дослідники з Великобританії, Бельгії, Чилі, Франції та США, об’єднала свої докладні спостережні дані з результатами комп’ютерного моделювання, щоб зрозуміти, що сталося з системою. Уперше науковцям вдалося чітко пов’язати спостережувані особливості протопланетного диска з теоретичним «ефектом розриву диска». Це є доказом того, що протидія гравітації зір, яка відбувається в різних площинах, може спричинити деформацію та розрив такого диска в кратній зоряній системі.
Комп’ютерне моделювання показало, що зміщення орбіт трьох зір відносно спільної площини може спричиняти розпад диска навколо них на чіткі кільця. Їх і вдалося виявити зі спостережень. Причому спостережувана форма внутрішнього кільця також відповідає передбаченням чисельного моделювання того, як саме має відбутися розрив диска.
На цьому складеному зображенні (об’єднано дані, отримані за допомогою ALMA та SPHERE) показано систему GW Оріона.Зображення, отримане ALMA, демонструє кільцеву структуру диска, із внутрішнім кільцем (частину якого видно яковальну цятку в центрі зображення), відокремленим від решти диска. Дані спостережень за допомогою SPHERE дали змогу астрономам вперше побачити тінь цього внутрішнього кільця на диску, що дозволило їм встановити його викривлену форму. Фото з сайту www.eso.org.
Цікаво, що інша група науковців, яка вивчала цю ж систему за допомогою ALMA, вважає, що для розуміння її природи треба мати ще одну складову. «Ми вважаємо, що варто припустити наявність планети між цими кільцями, щоб пояснити, чому стався розрив диска», — сказав Цзяцінґ Бі (Jiaqing Bi) з університету Вікторії в Канаді. Він очолював дослідження GW Оріона, результати якого оприлюднив The Astrophysical Journal Letters у травні поточного року. Його група виявила три пилових кільця за даними спостережень на ALMA, причому крайнє кільце було найбільшим з усіх, які коли-небудь спостерігали астрономи у протопланетних дисках.
Подальші спостереження за допомогою ELT ESO та інших телескопів зможуть допомогти астрономам повністю розкрити природу GW Оріона та виявити молоді планети, що формуються навколо цих трьох зір.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
