Pomocí zařízení ALMA vědci objevili podivné protoplanetární disky ve dvojhvězdném systému

ESO 023/14 tisková zpráva

Astronomové využívající dalekohled ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) objevili u obou složek mladé dvojhvězdy podivné skloněné prachové disky s probíhající tvorbou planet. Pořízená data představují dosud nejlepší záběry protoplanetárních disků ve dvojhvězdném systému. Nové výsledky rovněž pomáhají vysvětlit, proč mnohé exoplenaty – na rozdíl od planet ve Sluneční soustavě – mají protáhlé dráhy s velkým sklonem. Výsledky výzkumu byly zveřejněny 31. července 2014 ve vědeckém časopise Nature.

Na rozdíl od našeho osamělého Slunce tvoří většina hvězd páry – dvojhvězdy, kde dvě stálice obíhají navzájem kolem sebe. Dvojhvězdy jsou ve vesmíru vyskytují velmi často. Tím ale vyvstává řada otázek. Jednou z nich je, jak a kde ve složitých podmínkách v okolí dvojhvězdy vznikají planety.

„Radioteleskop ALMA nám poskytl dosud nejlepší pohled na dvojhvězdný systém s protoplanetárními disky. Díky tomu jsme objevili, že tyto disky jsou navzájem výrazně skloněné,“ říká astronom Eric Jensen (Swarthmore College in Pennsylvania, USA)

Systém HK Tauri leží ve vzdálenosti asi 450 světelných let od nás a na obloze jej najdete v souhvězdí Býka (Taurus). Dvojhvězda je mladší než 5 milionů let a její složky odděluje vzdálenost 58 miliard kilometrů (což je asi 13krát více než dělí Slunce a Neptun).

Slabší z dvojice označovaná jako HK Tauri B, je obklopena protoplanetárním diskem, který vidíme zboku. Díky tomu efektivně zastiňuje světlo své mateřské hvězdy a astronomové si mohou disk pohodlně prohlédnout ve viditelném světle, případně v blízkém infračerveném oboru.

Souputník HK Tauri A má také disk, který ale v tomto případě centrální hvězdu vůbec nestíní. Disk proto není možné pozorovat ve viditelném světle, neboť jeho slabé světlo zaniká v záři hvězdy. Je však možné jej zachytit na milimetrových vlnových délkách, na které je citlivý systém radioteleskopu ALMA.

Složený snímek dvojhvězdy HK Tauri – HST a ALMA Tento snímek dvojhvězdného systému HK Tauri kombinuje data získaná ve viditelném a infračerveném oboru pomocí kosmického dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) a data pořízená pomocí ALMA v pásmu milimetrových vln. Data pořízená radioteleskopem ALMA představují dosud nejlepší záběry protoplanetárních disků u dvojhvězdy. Nové výsledky rovněž pomáhají vysvětlit, proč mnohé exoplenaty – na rozdíl od planet ve Sluneční soustavě – mají protáhlé dráhy s velkým sklonem.

Pohyb hmoty v discích kolem jednotlivých složek mladé dvojhvězdy HK Tauri Snímek znázorňuje klíčová data o rychlosti pohybu hmoty získaná pomocí ALMA, která astronomům pomohla určit, že disky v systému HK Tauri jsou navzájem skloněné.

Díky použití zařízení ALMA byli členové týmu schopni disk kolem hvězd HK Tauri A nejen zachytit, ale také poprvé změřit rychlost jeho rotace. Detailní záběr jim také umožnil spočítat, že sklon obou disků se navzájem liší minimálně o 60°. Místo toho, aby rovina disků byla shodná s rovinou oběhu dvojhvězdy, musí alespoň jeden z nich být vůči rovině systému významně skloněn.

„Toto nápadné sklonění nám poskytlo mimořádný pohled na mladý dvojhvězdný systém,“ říká spoluautorka práce Rachel Akeson (NASA Exoplanet Science Institute, California Institute of Technology, USA). „Přestože existují starší data, která naznačovala, že navzájem skloněné systémy mohou existovat, nová pozorování dvojhvězdy HK Tauri pomocí radioteleskopu ALMA zdokumentovala dění v takovém systému mnohem detailněji.“

Hvězdy a planety vznikají z mohutných oblaků prachu a plynu. Při gravitačním smršťování  začne oblak rotovat, dokud se většina hmoty neuspořádá do tvaru zploštělého protoplanetárního disku kroužícího kolem rostoucí centrální protohvězdy. 

V dvojhvězdném systému jako je HK Tauri je ale všechno trochu složitější. Pokud oběžné dráhy hvězd a protoplanetární disky neleží alespoň zhruba v jedné rovině, jakákoliv vznikající planeta se postupně může ocitnout na protáhlé a dráze s velkým sklonem. [1]

„Naše výsledky ukazují, že existují podmínky nutné ke změnám planetárních drah a ty panují v systému v době formování planet právě díky procesu vzniku dvojhvězdy,“ poznamenává Eric Jensen. „Nemůžeme vyloučit jiné alternativní modely, ale je jisté, že druhá hvězda zde sehrává svou roli.“

Jelikož ALMA je schopná pozorovat jinak neviditelný prach a plyn v protoplanetárních discích, umožňuje získat dosud nedostupný pohled na tento mladý dvojhvězdný systém. „Díky tomu, že systém pozorujeme v ranné fázi vývoje, v době, kdy jsou protoplanetární disky ještě dobře patrné, můžeme lépe odhalit jejich orientaci,“ vysvětluje Rachel Akeson. 

V budoucnu by vědci rádi zjistili, jestli je tento typ systému obvyklý či nikoliv. Jsou si vědomi toho, že se zatím jedná o mimořádný jedinečný případ a že je potřeba dalších výzkumů, aby byli schopni říci, jestli je takové uspořádání v naší Galaxii běžné.  

Eric Jensen k tomu dodává: „Přestože pochopení tohoto mechanismu představuje velký krok kupředu, nemůže zdaleka vysvětlit všechny podivné dráhy extrasolárních planet – prostě není dost dvojhvězd na to, aby toto byla úplná odpověď. Takže je to stále otevřená záležitost, kterou je potřeba vyřešit.“

Zdroj

Poznámky

[1] Pokud hvězdy a jejich protoplanetární disky nejsou položeny v jedné rovině, gravitační působení jedné z hvězd bude deformovat disk druhé hvězdy – rozhoupe jej nebo způsobí jeho precesi. Také planety vznikající v discích budou ovlivňovány stejnými silami, což povede k naklonění a protažení jejich oběžných drah.  

Další informace

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, Severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

Výzkum byl prezentován v článku “Misaligned Protoplanetary Disks in a Young Binary Star System” autorů Eric Jensen a Rachel Akeson, který byl publikován 31.července 2014 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: Eric L. N. Jensen (Dept. of Physics & Astronomy, Swarthmore College, USA) a Rachel Akeson (NASA Exoplanet Science Institute, IPAC/Caltech, Pasadena, USA).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• tisková zpráva NRAO
• snímek HK Tauri (NASA/ESA Hubble Space Telescope)
• další informace o ALMA
• snímky ALMA
• videa ALMA
• ALMA brožura
• film 'ALMA — In Search of our Cosmic Origins'
• fotokniha 'ALMA — In Search of our Cosmic Origins'
• další tiskové zprávy s výsledky ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Eric L. N. Jensen; Lead Scientist, Swarthmore College; Philadelphia, USA; Tel.: +1 610-328-8249; Email: ejensen1@swarthmore.edu

Rachel Akeson; NASA Exoplanet Science Institute, IPAC/Caltech; Pasadena, USA; Tel.: +1 626-395-1812; Email: rla@ipac.caltech.edu

Charles E. Blue; Public Information Officer, National Radio Astronomy Observatory; Charlottesville, USA; Tel.: + 1 434 296 0314; Mobil: +1 202 236 6324; Email: cblue@nrao.edu

Richard Hook; Public Information Officer, ESO; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1423. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.