Pędzi przez kosmos z ogromną siłą. "Odkryli potwora"
Cztery gwiazdy, polarny dysk i ślad pułapki pyłowej. HD 98800B wygląda jak istny chaos, ale może ujawniać, jak naprawdę rodzą się planety.
Układ HD 98800B składa się z czterech młodych, powiązanych grawitacyjnie gwiazd oraz gazowego dysku krążącego wokół jednej z wewnętrznych par. System charakteryzuje się bardzo nietypową geometrią, która przez długi czas stanowiła anomalię w modelach teoretycznych. Najnowsze badania dostarczają kolejnych istotnych danych na temat tego obiektu. Obserwacje wskazują na obecność dużych ziaren pyłu w obrębie dysku oraz sugerują istnienie lokalnej pułapki pyłowej – strefy sprzyjającej koncentracji materii. Odkrycie to ma istotne znaczenie, ponieważ uważa się, że tego typu obszary odgrywają istotną rolę w początkowych etapach procesów planetotwórczych.
To przerażający kosmiczny potwór z sąsiedztwa
HD 98800 nie jest pojedynczą gwiazdą, ale hierarchicznym układem poczwórnym. Składa się z dwóch par gwiazd, oznaczanych jako A i B, które krążą wokół siebie nawzajem. Sam układ jest młody, ma około 10 mln lat, leży zaledwie około 45 parseków od nas i należy do asocjacji TW Hydrae, czyli luźnej grupy młodych gwiazd, które powstały razem i wciąż mają podobny wiek oraz ruch w przestrzeni. To czyni go bardzo cennym celem obserwacji, bo jest jednocześnie bliski, młody i ekstremalnie złożony dynamicznie.
Najbardziej niezwykła część tej rodziny to komponent B, czyli para Ba-Bb. Wokół niej krąży zwarty, bogaty w dysk gazu i pyłu krążący nie wokół jednej gwiazdy, ale wokół dwóch gwiazd naraz, które same tworzą ciasny układ podwójny. I właśnie ten dysk jest największą osobliwością. Nie leży mniej więcej w tej samej płaszczyźnie co orbita centralnej pary, jak robi to większość znanych dysków, ale jest ustawiony niemal biegunowo względem wewnętrznego układu podwójnego. To oznacza, że materiał krąży w konfiguracji bardzo nietypowej i dynamicznie trudnej, a mimo to dysk przetrwał do wieku około 10 mln lat.
Nowe dane odsłoniły to, co wcześniej było niewidoczne
Nowa praca opiera się na dodatkowych obserwacjach wykonanych radioteleskopem VLA przy długościach fali 6,8 mm i 3 cm. Te dane połączono z wcześniejszymi obserwacjami wykonanymi przy 8,8 mm i 5 cm oraz z danymi ALMA przy 1,3 mm. Dzięki temu dało się znacznie lepiej odtworzyć widmo emisji od zakresu milimetrowego do centymetrowego i oddzielić prawdziwy sygnał od pyłu od innych mechanizmów świecenia.
Z wcześniejszych pomiarów wynikało, że pył w tym układzie zachowuje się nietypowo, ale naukowcy nie wiedzieli, czy to dlatego, że ziarna są naprawdę duże, czy po prostu dysk był dla ich teleskopów zbyt gęsty i nieprzezroczysty, co fałszowało wyniki. Nowe obserwacje użyły na tyle długich fal, że przebiły się przez tę kosmiczną mgłę. Skoro dysk stał się przezroczysty, a wyniki nadal były nietypowe, astronomowie zyskali pewność: tam naprawdę znajdują się duże, masywne ziarna pyłu – potencjalne cegiełki nowych planet.
Duże ziarna to początek planet
W astronomii dysków protoplanetarnych duże ziarna nie brzmią może bardzo spektakularnie, ale tak naprawdę są jedną z najważniejszych rzeczy, jakich można tam szukać. Planety nie powstają od razu z gotowych skał. Najpierw trzeba przejść drogę od drobnego pyłu, mniejszego niż mikrometr, przez ziarna milimetrowe i centymetrowe, aż do większych okruchów i planetozymali, czyli małych ciał niebieskich zbudowanych ze stałej materii. To właśnie ten etap wzrostu od pyłu do kamyczków jest jednym z większych problemów współczesnej teorii formowania planet.
Jeśli w HD 98800B rzeczywiście są milimetrowe lub centymetrowe ziarna, to znaczy, że mimo skrajnie trudnego środowiska układ potrafił wejść w ważny etap budowy planetarnego materiału. To samo w sobie jest fascynujące, bo pokazuje, że nawet bardzo niecodzienne konfiguracje orbitalne nie muszą od razu przekreślać procesów, które kojarzymy z narodzinami planet. Wręcz przeciwnie – mogą produkować je w sposób bardziej złożony, ale nadal skuteczny.
Dysk skrywa coś, co może uratować narodziny planet
Na tym historia się jednak nie kończy. Obrazy VLA przy 6,8 mm i 8,8 mm ujawniły asymetrię azymutalną, czyli mówiąc po ludzku, jaśniejszy obszar w jednym fragmencie dysku. Co ważne, taka asymetria nie pojawia się w wysokorozdzielczych danych ALMA przy 1,3 mm. To sugeruje, że nie patrzymy na prostą własność całego dysku widoczną przy każdej długości fali, ale na coś, co szczególnie mocno dotyczy większych ziaren.
Autorzy wykluczyli proste wyjaśnienia związane z geometrią i oświetleniem. Ich interpretacja jest dużo ciekawsza, bowiem może chodzić o lokalne zagęszczenie pyłu, czyli właśnie potencjalną pułapkę pyłową. Taka pułapka to obszar, w którym ziarna nie są tak łatwo wywiewane czy przesuwane przez gaz, ale zaczynają się gromadzić. W klasycznych modelach to bardzo cenna rzecz, bo jedna z największych przeszkód dla wzrostu ziaren polega na tym, że materiał za szybko dryfuje ku gwieździe. Pułapka może ten proces spowolnić albo lokalnie zatrzymać.
Skąd mogła się wziąć taka pułapka?
W artykule naukowym padają dwie główne możliwości. Pierwsza to wir w dysku, czyli lokalna struktura ciśnieniowa, która może działać jak kosmiczny odkurzacz na większe ziarna. Tego typu wiry od dawna uważa się za jedno z możliwych miejsc, gdzie pył może się gromadzić i zyskiwać lepsze warunki do dalszego wzrostu. Takie struktury są istotne również dlatego, że potencjalnie sprzyjają formowaniu planet.
Druga możliwość jest jeszcze bardziej związana z osobliwością tego układu. Autorzy sugerują, że asymetria może być reliktem wcześniejszego przejścia komponentu A w pobliżu dysku. W takim układzie poczwórnym złożone oddziaływania grawitacyjne mogą zostawiać bardzo nietypowe ślady w rozkładzie materii. To czyni HD 98800B jeszcze ciekawszym laboratorium, bo być może obserwujemy nie tylko sam wzrost ziaren, ale i wpływ brutalnej dynamiki wielokrotnego układu gwiazdowego na bardzo wczesną architekturę materiału planetarnego.
To nie tylko pył. W danych widać też aktywność gwiazd
Przy dłuższych falach, powyżej około 3 cm, zespół zidentyfikował też emisję żyrosynchrotronową z komponentów A i B. To rodzaj promieniowania związanego z aktywnością magnetyczną gwiazd i ruchem wysokoenergetycznych elektronów w polach magnetycznych. Ten sygnał był ważny jeszcze dlatego, że trzeba go było oddzielić od emisji pyłu, żeby poprawnie ocenić własności samego dysku. Bez tego łatwo byłoby źle zinterpretować całe widmo i przecenić albo nie docenić rozmiaru ziaren.
Dzięki nowym obserwacjom astronomowie zdołali odsiać sygnał samego pyłu od zakłóceń – takich jak nietypowy kształt dysku czy silne promieniowanie emitowane przez same młode gwiazdy. Dopiero wyeliminowanie tego kosmicznego szumu dało naukowcom pewność, że to, co widzą, nie jest błędem pomiarowym, lecz rzeczywistym dowodem na obecność dużych kosmicznych głazów.
Ten dziwny układ może sporo namieszać w teorii planet
Ewentualne potwierdzenie istnienia pułapki pyłowej w układzie HD 98800B stanowić będzie ważny dowód na to, że nawet w wysoce złożonych systemach wielokrotnych mogą powstawać lokalne warunki sprzyjające wzrostowi ziaren materii. Implikacje tego zjawiska wykraczają daleko poza pojedynczą anomalię obserwacyjną. Należy bowiem pamiętać, że znaczna część populacji gwiazd nie formuje się jako obiekty pojedyncze, lecz właśnie w ramach układów wielokrotnych. Pełne zrozumienie procesów planetotwórczych wymaga zatem zbadania ich przebiegu również w środowiskach charakteryzujących się wyjątkowo silną i złożoną dynamiką grawitacyjną.
Przeczytaj także:
Autorzy badań wprost przyznają, że to jeszcze nie koniec. Aby upewnić się w swoich wnioskach, potrzebują kolejnych obserwacji na falach milimetrowych i centymetrowych – najlepiej przy użyciu instrumentów o jeszcze większej precyzji. Ogromne nadzieje wiążą tu z planowaną siecią radioteleskopów nowej generacji, ngVLA.
Obecne odkrycie to ważny krok naprzód, ale najciekawsze może dopiero nadejść. Zespół chce dokładnie przyjrzeć się tej nietypowej strukturze, sprawdzić, czy przesuwa się ona w czasie i ostatecznie potwierdzić, czy faktycznie mamy do czynienia z kosmiczną pułapką gromadzącą materiał na nowe planety.
