Planety zderzyły się na oczach astronomów. "Powtórka z narodzin Księżyca"
Zwykła, spokojna gwiazda nagle zaczęła zachowywać się tak, jakby ktoś co chwilę przysłaniał ją firanką, a potem podkręcił grzejniki w całym układzie. Światło widzialne spadało, za to podczerwień rosła, jakby coś świeciło gorącą materią. W systemie mogło dojść do zderzenia dwóch planet.
W archiwach obserwacji astronomicznych doktorant Anastasios Tzanidakis z Uniwersytetu w Washingtonie trafił na gwiazdę, która zachowywała się jak psujący się ekran monitora. Zespół odczytał w jej świetle sygnał masywnej chmury pyłu i rozgrzanych odłamków. W układzie Gaia20ehk mogło dojść do zderzenia dwóch planet.
Gwiazdy ciągu głównego nie mają w zwyczaju mrugać jak niesprawna świetlówka w garażu. Ich jasność może się delikatnie zmieniać, ale gwałtowne, głębokie spadki to sygnał, że problem leży gdzie indziej. W tym przypadku zapis był podejrzanie wyraźny. Od 2016 r. pojawiły się 3 krótkie dołki w jasności, jakby coś na moment przeszło na tle tarczy gwiazdy. Potem, kilka lat później, sytuacja wymknęła się spod kontroli i jasność zaczęła zachowywać się nieregularnie, raz spadając, raz podnosząc się, bez prostego rytmu.
Takie zachowanie często ma jedno proste źródło: zasłanianie. Jeśli w układzie krąży chmura pyłu albo strumień odłamków i akurat z naszej perspektywy przecina linię widzenia, gwiazda przygasa nie dlatego, że słabnie, lecz dlatego, że ktoś ją przysłania.
Podczerwień zdradza gorący pył, a to zmienia wszystko
Sam pył nie jest jeszcze jakąś wielką sensacją. Zdumiewające jest to, co zrobił w podczerwieni. Gdy światło widzialne słabło i stawało się coraz bardziej poszarpane, emisja w podczerwieni rosła. Taki układ zasłania gwiazdę w zakresie widzialnym, ale pochłania energię i oddaje ją jako ciepło, świecąc w podczerwieni.
To znaczy, że materiał krążący w układzie jest ciepły, a nawet gorący, na tyle, by dało się to zobaczyć w sygnale z tak ogromnej odległości. I właśnie tu wchodzi hipoteza, która spina całą historię – powstanie wielkiej ilości świeżych odłamków w krótkim czasie, najlepiej po gwałtownej kolizji.
Najpierw otarcia, potem finał. Jak mogła wyglądać ta kolizja?
Trzy wczesne spadki jasności da się czytać jak preludium. Zamiast jednego wydarzenia, które od razu rozrzuca pył po całym układzie, mogła to być seria ocierających uderzeń. Dwa duże ciała na zbliżonych orbitach potrafią spotykać się wielokrotnie, tracąc energię i zmieniając trajektorie. Takie kontakty są w stanie wyrzucić część materiału, ale nie muszą od razu tworzyć potężnej, rozgrzanej chmury.
Późniejszy etap pasuje do kolizji właściwej, czyli zderzenia, które zamienia część powierzchni planet w pył, skały i stopioną materię. To właśnie wtedy podczerwień powinna wystrzelić, bo świeży materiał po uderzeniu jest mocno rozgrzany. Z czasem odłamki rozciągają się wzdłuż orbity, chmura staje się niejednorodna i zaczyna przysłaniać gwiazdę w sposób łaciaty. Z Ziemi wygląda to jak długie migotanie, które nie ma jednego okresu.
Dlaczego ten przypadek pachnie historią Ziemi i Księżyca?
Skojarzenie z narodzinami Księżyca bierze się przede wszystkim z geometrii i fizyki. Najpopularniejszy scenariusz powstania Księżyca zakłada potężne zderzenie młodej Ziemi z obiektem planetarnym, po którym część wyrzuconej materii utworzyła dysk, a potem Księżyc. W układzie Gaia20ehk widzimy element, którego w Układzie Słonecznym już nie zobaczymy, ale kiedyś był, a mianowicie świeży, gorący gruz na orbicie, który zdradza się jednocześnie przez zasłanianie gwiazdy i przez własną emisję cieplną.
Dodatkowy haczyk jest w odległości, w jakiej krąży materiał. To rejon porównywalny z jedną jednostką astronomiczną, czyli dystansem Ziemi od Słońca. W takim miejscu pył może z czasem stygnąć, zlepiać się, rozpadać, zderzać wtórnie i ostatecznie przeorganizować cały układ. Nie da się dziś przesądzić, co z tego wyniknie. Może się to skończyć powstaniem nowych ciał albo tylko sprzątaniem po katastrofie i przebudową orbit ocalałych planet.
Czemu takie zdarzenia są rzadko obserwowane?
W młodych układach planetarnych zderzenia są czymś w rodzaju mechanizmu selekcji. Układ pozbywa się nadmiaru ciał, stabilizuje orbity, czasem wyrzuca planetę na peryferie, czasem skleja ją w większy obiekt. Problem polega jednak na tym, że obserwator na Ziemi widzi tylko to, co ustawi się idealnie w linii wzroku.
Żebyśmy zauważyli podobne zdarzenie, odłamki muszą przechodzić przed gwiazdą dokładnie z naszej perspektywy. Jeśli krążą pod innym kątem, układ może mieć katastrofę stulecia, a my zobaczymy jedynie spokojny punkt świetlny na niebie. Do tego dochodzi czas. Taka historia rozpisuje się dosłownie na lata. Trzeba więc cierpliwości i archiwów, bo sygnał nie jest pojedynczym błyskiem, tylko powoli rozwijającą się opowieścią o chmurze, która się rozciąga, zmienia i stopniowo opada.
Kiedy pył opadnie, zacznie się prawdziwa weryfikacja
W tej chwili widzimy bardzo mocny, ale wciąż pośredni dowód. W astronomii to normalne: nie trzeba widzieć dwóch kuli, by odtworzyć ich zderzenie, jeśli fizyka światła, temperatury i dynamiki pyłu składa się w spójną całość. Najważniejszy test dopiero nadchodzi. Jeśli w kolejnych latach emisja w podczerwieni zacznie słabnąć, a przygasania w świetle widzialnym będą rzadsze i płytsze, będzie to znak, że pył stygnie i opada, a układ wraca do przejrzystości.
Przeczytaj także:
Jeszcze ciekawsze będzie to, co zostanie po tym całym sprzątaniu. Czy pojawi się stabilny dysk odłamków, czy układ zrobi sobie nowy księżyc, czy tylko przetasuje planety i zamknie temat. Na odpowiedź potrzeba czasu, ale w tym wszystkim wyjątkowe jest to, że obserwujemy proces, który w naszej własnej historii rozegrał się miliardy lat temu, a dziś możemy go śledzić niemal na bieżąco, klatka po klatce, w danych z teleskopów.
