Komunikat prasowy

Lodowaty latający spodek

ALMA odnalazła nieoczekiwanie zimne ziarna w dysku formującym planety

3 lutego 2016

Astronomowie wykorzystali teleskopy ALMA i IRAM do wykonania po raz pierwszy bezpośredniego pomiaru temperatury dużych ziaren pyłu w zewnętrznych częściach dysku wokół młodej gwiazdy, w którym powstają planety. Dzięki zastosowaniu nowatorskiej techniki do obserwacji obiektu nazwanego nieoficjalnie Latającym Spodkiem, odkryli, że ziarna są znacznie chłodniejsze niż oczekiwano: -266 stopni Celsjusza. Ten zaskakujący rezultat sugeruje, że modele tego typu dysków powinny zostać zrewidowane.

Międzynarodowy zespół, który kierował Stephane Guilloteau z Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux (Francja), zmierzył temperaturę dużych ziaren pyłu wokół młodej gwiazdy 2MASS J16281370-2431391 w spektakularnym obszarze gwiazdotwórczym Rho Ophiuchi, około 400 lat świetlnych od Ziemi.

Gwiazda ta jest otoczona przez dysk gazu i pyłu – tego typu dyski zwane są dyskami protoplanetarnymi, gdyż są początkowymi stadiami procesu powstawania układów planetarnych. Obserwowany dysk jest ułożony do nas prawie bokiem (patrzymy prawie w płaszczyźnie dysku), a jego wygląd na zdjęciach w zakresie widzialnym doprowadził do nazwania nieoficjalnie Latającym Spodkiem.

Astronomowie użyli Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do obserwacji poświaty pochodzącej od molekuł tlenku węgla w dysku 2MASS J16281370-2431391. Byli w stanie uzyskać bardzo ostre obrazy i odnaleźli coś dziwnego – w niektórych przypadkach rejestrowano negatywny sygnał! Zazwyczaj sygnał negatywny nie jest fizycznie możliwy, ale w tym przypadku istnieje wytłumaczenie, które prowadzi do zaskakującego wniosku.

Główny autor Stephane Guilloteau opisuje badania: „Dysk ten nie jest obserwowany na tle ciemnego i pustego nocnego nieba. Zamiast tego jego sylwetka jest widoczna na tle świecącej mgławicy Rho Ophiuchi. Ta rozmyta poświata jest zbyt rozległa, aby mogła zostać wykryta przez ALMA, ale dysk ją absorbuje. Negatywny sygnał oznacza, że części dysku są chłodniejsze niż tło. Ziemia jest dosłownie w cieniu Latającego Spodka!”

Zespół połączył pomiary dysku z ALMA z obserwacjami poświaty tła wykonanymi 30-metrowym teleskopem IRAM w Hiszpanii [1]. Uzyskano temperaturę ziaren dysku zaledwie -266 stopni Celsjusza (jedynie 7 stopni powyżej zera absolutnego, czyli 7 kelwinów) w odległości około 15 miliardów kilometrów od gwiazdy centralnej [2]. Są to pierwsze bezpośrednie pomiary temperatury dużych ziaren pyłu (o rozmiarach około jednego milimetra) w tego rodzaju obiektach.

Uzyskana temperatura jest znacznie niższa niż -258 do -253 stopni Celsjusza (15 do 20 kelwinów) przewidywanych przez aktualne modele. Aby rozwiązać problem rozbieżności, duże ziarna pyłu muszą mieć odpowiednie właściwości, nie zakładane przez modele, które pozwalają im schłodzić się do tak niskich temperatur.

„Aby ocenić wpływ odkrycia na strukturę dysku musimy znaleźć prawdopodobne właściwości pyłu, które mogą skutkować tak niskimi temperaturami. Mamy kilka pomysłów – na przykład temperatura może być zależna od rozmiaru ziaren, większe mogą być chłodniejsze niż małe. Ale jest za wcześnie, aby być tego pewnym” dodaje współautorka Emmanuel di Folco (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux).

Jeżeli te niskie temperatury pyłu okazałyby się typowymi cechami dysków protoplanetarnych, może to mieć liczne konsekwencje dla zrozumienia w jaki sposób powstają i ewoluują.

Na przykład: różne właściwości pyłu będą wpływać na to, co dzieje się gdy cząstki pyłu zderzają się ze sobą, a w konsekwencji na ich rolę w tworzeniu podstawy do powstawania planet. Czy w tym kontekście potrzebna zmiana we własnościach pyłu jest znacząca, czy też nie, nie jest na razie możliwe do ocenienia.

Niskie temperatury pyłu mogą mieć także duży wpływ na mniejsze dyski pyłowe, o których wiadomo, że istnieją. Jeżeli takie dyski są zbudowane głównie z większych, ale chłodniejszych ziaren niż się obecnie przypuszcza, będzie to oznaczało, że zwarte dyski mogą być dowolnie masywne, czyli mogą w nich powstawać duże planety względnie blisko gwiazdy centralnej.

Potrzebne są dalsze obserwacje, ale wydaje się, że chłodniejszy był znaleziony prze ALMA może mieć znaczące konsekwencje dla zrozumienia dysków protoplanetarnych.

Uwagi

[1] Pomiary IRAM były potrzebne, ponieważ sama ALMA nie była wystarczająco czuła na rozciągnięte sygnały z tła.

[2] Odpowiada to sto razy dalszemu dystansowi niż Ziemi od Słońca. W Układzie Słonecznym obszar ten jest obecnie zajmowany przez pas Kuipera.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. „The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains”, S. Guilloteau et al., opublikowanym w Astronomy & Astrophysics Letters.

Skład zespołu badawczego: S. Guilloteau (University of Bordeaux/CNRS, Floirac, Francja), V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Francja), 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, Germany [MPIA]), D.Semenov (MPIA), T.Birnstiel (MPIA) oraz N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Strasbourg, Francja).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) to międzynarodowy projekt badawczy ESO, amerykańskiej National Science Foundation (NSF) oraz japońskich National Institutes of Natural Sciences (NINS), we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu krajów członkowskich ESO, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC), przez National Science Council of Taiwan (NSC) oraz NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie, a także Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Budowa i użytkowanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu krajów członkowskich; przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej; przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

Institut de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM) jest wspierany przez INSU/CNRS (Francja), MPG (Niemcy) oraz IGN (Hiszpania).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Kontakt

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

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

Vincent Pietu
IRAM
Grenoble, France
E-mail: pietu@iram.fr

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych