Zmrzlý Létající talíř

ESO 004/16 tisková zpráva

ALMA objevila nečekaně chladné prachové částice v protoplanetárním disku

Astronomové využívající radioteleskopy ALMA a IRAM vůbec poprvé změřili teplotu velkých prachových částic ve vnější oblasti protoplanetárního disku kolem mladé hvězdy. Při pozorování objektu s přezdívkou Létající talíř (Flying Saucer) aplikovali vědci zcela novou techniku a objevili, že přítomné prachové částice jsou mnohem chladnější, než se očekávalo: mají teplotu -266 °C. Tento překvapivý výsledek naznačuje, že bude potřeba poupravit současné představy o těchto discích.

Stephane Guilloteau (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Francie) a jeho mezinárodní tým měřili teplotu velkých prachových částic u hvězdy s označením 2MASS J16281370-2431391, která leží ve vzdálenosti 400 světelných let od nás v oblasti s probíhající hvězdotvorbou v okolí hvězdy Rho Ophiuchi.

Hvězdu obklopuje disk plynu a prachu, který označujeme jako protoplanetární, neboť tyto disky jsou považovány za raná stádia vývoje planetárních systémů. Tento konkrétní disk pozorujeme téměř přesně zboku a díky svému vzhledu ve viditelném světle dostal přezdívku Létající talíř (Flying Saucer).

Astronomové použili radioteleskop ALMA k pozorování záření emitovaného molekulami oxidu uhelnatého v disku kolem hvězdy 2MASS J16281370-2431391. Byli tak schopni získat jeho velmi detailní záběry a objevili něco zvláštního – v některých případech pozorovali záporný signál! Za normálních okolností je negativní signál fyzikálně nemožný, ale v tomto případě existuje vysvětlení, které však přináší překvapivé závěry.

Hlavní autor článku Stephane Guilloteau vysvětluje: „Tento disk nepozorujeme proti tmavému pozadí oblohy, ale vidíme v podstatě jeho siluetu na pozadí zářící mlhoviny kolem hvězdy Rho Ophiuchi. Tato difúzní záře je příliš rozptýlená, než aby bylo možné ji detekovat pomocí ALMA, ale protoplanetární disk toto záření absorbuje. Výsledný negativní signál tak znamená, že části tohoto disku jsou chladnější než mlhovina v pozadí. Výsledek je podobný, jako kdyby Země ležela ve stínu tohoto útvaru!“ 

Vědci zkombinovali měření vlastností disku provedená pomocí ALMA s daty o záření mlhoviny v pozadí získanými pomocí 30metrového radioteleskopu IRAM ve Španělsku [1]. Na základě toho odvodili, že teplota prachových zrn ve vzdálenosti asi 15 miliard kilometrů od hvězdy [2] se pohybuje kolem -266°C (nebo chcete-li 7 K, tedy jen 7 stupňů nad absolutní nulou). U tohoto typu objektů se jedná o první přímé měření teploty velkých prachových zrn (o průměru asi jeden milimetr).  

Naměřená teplota je o 15 až 20 K nižší, než hodnoty, které předpovídá většina současných modelů (v rozmezí -258°C až -253° C). Aby bylo možné tento nesoulad odstranit, musejí mít velké prachové částice jiné vlastnosti, než se v současnosti předpokládá, což by jim umožnilo ochladnout na takto nízkou teplotu.

“Abychom zhodnotili dopad našeho objevu na strukturu disku, pokusili jsme se nalézt rozumné vlastnosti částic, které by dosažení takto nízkých teplot umožnily. Existuje několik možností – teplota by například mohla záviset na velikost prachových zrn, přičemž větší prachová částice jsou chladnější než ta malá. Ale je příliš brzy na to, abychom mohli udělat definitivní závěr,“ říká spoluautor článku Emmanuel di Folco (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux).

Pokud se ukáže, že takto nízká teplota prachových částic se v protoplanetárních discích vyskytuje běžně, mohlo by to mít závažné důsledky pro chápání jejich vzniku a vývoje.

Nízká teplota například značně ovlivní děje, ke kterým dochází při srážkách těchto částic. A to má zásadní dopady na jejich úlohu při vzniku zárodečných těles pro formování planet. Zatím však nelze s určitostí říci, jestli jsou změny v požadovaných vlastnostech prachu z tohoto pohledu významné či nikoliv. 

Nízká teplota prachových částic může mít také zásadní dopad na menší prachové disky, o kterých víme, že existují. Pokud se totiž skládají po většinou z velkých chladnějších částic, než se v současnosti předpokládá, mohlo by to znamenat, že jsou poměrně hmotné, a mohly by v nich tedy vznikat obří planety relativně blízko svých mateřských hvězd.     

Definitivní závěry si vyžádají další pozorování, nyní se ale zdá, že objev chladnějších prachových částice pomocí radioteleskopu ALMA by mohl mít zásadní význam pro naše chápání protoplanetárních disků.

Zdroj

Poznámky

[1] Pozorování pomocí radioteleskopu IRAM byla nutná, protože ALMA samotná není citlivá na rozptýlené záření přicházející z pozadí.

[2] To odpovídá stonásobku vzdálenosti Země od Slunce. Tato oblast ve Sluneční soustavě je označována jako Kuiperův pás.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku „The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains” autorů S. Guilloteau a kol., který byl publikován ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics Letters.

Složení týmu: S. Guilloteau (University of Bordeaux/CNRS, Floirac, Francie), V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Francie), E. Chapillon (University of Bordeaux/CNRS; IRAM), E. Di Folco (University of Bordeaux/CNRS), A. Dutrey (University of Bordeaux/CNRS), T. Henning (Max Planck Institute für Astronomie, Heidelberg, Německo [MPIA]), D. Semenov (MPIA), T. Birnstiel (MPIA) a N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Strasbourg, Francie).

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji.

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany 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.

Institut pro rádiovou astronomii na milimetrových vlnách IRAM (Institut de Radio Astronomie Millimétrique) podporují INSU/CNRS (Francie), MPG (Něměcko) a IGN (Španělsko).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• snímky radioteleskopu ALMA
• vědecký článek

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

Stephane Guilloteau; Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux; Floirac, France; Email: stephane.guilloteau@u-bordeaux.fr

Emmanuel di Folco; Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux; Floirac, France; Email: emmanuel.di-folco@u-bordeaux.fr

Vincent Pietu; IRAM; Grenoble, France; Email: pietu@iram.fr

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