Kosmiczny hamburger skrywa rodzącego się olbrzyma. Zdradziła go siarka

Około 450 lat świetlnych od Ziemi znajduje się obiekt, który wygląda jak gigantyczny hamburger. Przez środek biegnie ciemny pas pyłu, a nad nim i pod nim rozciągają się jasne warstwy gazu. Astronomowie od lat wiedzieli, że w tym niezwykłym miejscu mogą powstawać planety. Teraz znaleźli coś, co pozwala wskazać, gdzie może rodzić się jeden z gazowych olbrzymów.

Pomogła siarka, a dokładniej cząsteczki tlenku siarki, których nietypowe rozmieszczenie ujawniły radioteleskopy ALMA. W miejscu, gdzie wcześniej wykryto tajemnicze zagęszczenie gazu, pojawił się wyraźny sygnał chemiczny. Naukowcy podejrzewają, że obserwują jeden z najwcześniejszych etapów formowania się planety wielokrotnie masywniejszej od Jowisza.

Obiekt nosi oficjalne oznaczenie IRAS 18059-3211, ale astronomowie znają go jako Hamburger Gomeza, czyli GoHam. Jest to ogromny dysk protoplanetarny otaczający młodą gwiazdę, której masa wynosi około 2,2 masy Słońca.

Co ciekawe, patrzymy na niego niemal dokładnie z boku. Właśnie dlatego zamiast charakterystycznych pierścieni, które widać na wielu zdjęciach dysków planetotwórczych, obserwujemy warstwy przypominające przekrojonego hamburgera. Taka perspektywa jest niezwykle cenna, ponieważ pozwala sprawdzić, jak wysoko ponad płaszczyzną dysku znajdują się poszczególne rodzaje gazu i pyłu. Zwykle astronomowie widzą takie układy pod kątem, co utrudnia rozróżnianie kolejnych warstw.

GoHam jest przy tym okropnie ogromny. Emisja tlenku węgla rozciąga się na odległość niemal 1000 jednostek astronomicznych od centralnej gwiazdy. Jedna jednostka astronomiczna odpowiada odległości między Ziemią a Słońcem, czyli około 150 mln km.

Zaskakujące jest to, że to nie jedyny kosmiczny obiekt przypominający hamburgera. Jakiś czas temu opisywaliśmy dysk IRAS 23077+6707, którego średnica jest około 40 razy większa od rozmiarów Układu Słonecznego. Tam również niezwykły kształt wynikał ze sposobu, w jaki obserwujemy dysk gazu i pyłu otaczający młodą gwiazdę.

Międzynarodowy zespół kierowany przez Charlesa Lawa z Uniwersytetu Minnesoty wykorzystał radioteleskopy ALMA na chilijskiej pustyni Atakama, żeby dokładniej zbadać strukturę GoHam. Naukowcy przeanalizowali rozmieszczenie tlenku węgla oraz związków zawierających siarkę. Okazało się, że poszczególne cząsteczki występują na różnych wysokościach ponad środkową płaszczyzną dysku. Większe ziarna pyłu skupiają się najbliżej środka, a gaz sięga znacznie wyżej.

Najciekawsze odkrycie dotyczyło jednak tlenku siarki. Zamiast równomiernie otaczać gwiazdę, jego emisja układa się w asymetryczny łuk po jednej stronie dysku. Co szczególnie ważne, najsilniejszy sygnał znajduje się blisko zagęszczenia gazu nazwanego GoHam b. Obiekt ten odkryto wcześniej i już wtedy podejrzewano, że może być zalążkiem ogromnej planety.

W badaniu, którego autorzy poinformowali właśnie o przyjęciu do czasopisma The Astrophysical Journal, przedstawiono możliwe wyjaśnienie. Materia gromadząca się wokół rodzącej się planety może ulegać lokalnemu ogrzewaniu. To z kolei uwalnia związki siarki uwięzione wcześniej w lodzie pokrywającym ziarna pyłu. Tlenek siarki staje się w ten sposób chemicznym znacznikiem obszaru, w którym dzieje się coś niezwykłego. Nie trzeba bezpośrednio zobaczyć protoplanety, żeby znaleźć ślady procesów zachodzących w jej otoczeniu.

GoHam b znajduje się według wcześniejszych oszacowań około 280 jednostek astronomicznych od centralnej gwiazdy. To ogromna odległość, ponad 9 razy większa niż dystans dzielący Neptuna od Słońca. W tym miejscu astronomowie podejrzewają istnienie skupiska materii o masie odpowiadającej co najmniej kilku Jowiszom. Może ono stopniowo kurczyć się pod wpływem własnej grawitacji, tworząc przyszłego gazowego olbrzyma.

Takie narodziny byłyby interesujące również dlatego, że planety znajdujące się bardzo daleko od swoich gwiazd trudno wyjaśnić klasycznym modelem powolnego gromadzenia skalnego jądra i otaczającego je gazu. Jedna z alternatywnych teorii zakłada, że odpowiednio masywny i chłodny dysk może fragmentować się pod wpływem własnej grawitacji. Zamiast stopniowo budować planetę z drobnych ziaren, materia stosunkowo szybko tworzy duże zagęszczenia.

Wcześniej opisywaliśmy odkrycie bardzo młodej planety Elias 2-24 b, która powstała w dysku zaskakująco daleko od swojej gwiazdy. GoHam b mogłaby reprezentować jeszcze wcześniejszy etap takiego procesu. Nie oznacza to jednak, że naukowcy potwierdzili już istnienie planety. Nowe obserwacje pokazują zagęszczenie materii i nietypową chemię w jego pobliżu, ale nie pozwalają jeszcze jednoznacznie określić natury obiektu.

Astronomowie odkryli także wyraźną asymetrię w rozmieszczeniu pyłu. Jedna strona dysku jest jaśniejsza i bardziej rozległa, co sugeruje, że materia nie krąży wokół gwiazdy w idealnie uporządkowany sposób. Przyczyną może być wir albo inne zaburzenie grawitacyjne. Tego rodzaju struktury potrafią zatrzymywać większe ziarna pyłu, tworząc miejsca sprzyjające ich dalszemu wzrostowi.

Podobny mechanizm analizowano już wcześniej w układzie HD 98800B, w którym astronomowie znaleźli ślady potencjalnej pułapki pyłowej. Takie obszary pomagają wyjaśniać, dlaczego materia może gromadzić się w określonych fragmentach dysku zamiast równomiernie opadać w stronę gwiazdy.

W GoHam wykryto również nietypowy ruch tlenku węgla, który może wskazywać na wiatr dyskowy. Część gazu jest prawdopodobnie ogrzewana promieniowaniem gwiazdy i stopniowo wypływa z dysku w przestrzeń. Wszystkie te procesy mogą wpływać na przyszłość rodzących się planet. Decydują bowiem o tym, gdzie zbiera się materia, jak szybko rosną większe skupiska i ile gazu pozostanie do wykorzystania.

Tak naprawdę wzmożona emisja tlenku siarki nie jest jeszcze jednoznacznym dowodem istnienia planety. Podobne efekty mogą wywoływać np. fale uderzeniowe, nierównomierne ogrzewanie dysku albo napływ materii z jego otoczenia. Naukowcy w swojej pracy zwracają również uwagę, że nowe oszacowanie odległości GoHam zmienia wcześniejsze obliczenia masy całego dysku. Może on być mniej podatny na fragmentację grawitacyjną, niż dotąd przypuszczano. Potrzebne będą więc kolejne obserwacje, obejmujące inne związki chemiczne i dokładniejszą analizę ruchu gazu. Pozwolą sprawdzić, czy źródłem lokalnego ogrzewania faktycznie jest zagęszczenie zapadające się pod wpływem grawitacji.

Chemia coraz częściej okazuje się przy tym narzędziem pozwalającym badać najwcześniejsze etapy tworzenia planet. Niedawno na Spider’s Web opisywaliśmy wykrycie niezwykłej odmiany metanolu w regionie narodzin układów planetarnych. Takie związki pomagają odtwarzać warunki panujące w materii, z której powstają nowe światy. Z kolei obserwacje układu MP Mus pokazały, że nawet pozornie gładki dysk może ukrywać masywną planetę. Astronomowie muszą więc łączyć różne metody, żeby rozpoznawać obiekty, których nie widać bezpośrednio.

Przeczytaj także:

Hamburger Gomeza może tak naprawdę okazać się jednym z najlepszych miejsc do badania takich procesów. Jeśli dalsze pomiary potwierdzą obecność GoHam b, astronomowie otrzymają wyjątkową możliwość obserwowania gazowego olbrzyma na bardzo wczesnym etapie jego rozwoju. Na razie to niezwykle interesujący kandydat, którego obecność może zdradzać nie światło samej planety, lecz chemia otaczającego ją gazu.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI