eso2014ru — Научный релиз

Новые наблюдения: разрушение протопланетного диска его тремя центральными звездами

3 сентября 2020 г.

Группа астрономов впервые получила прямое наблюдательное доказательство того, как протопланетный диск может разрушаться группой его родительских звезд, в результате чего он деформируется и в нем появляются наклонные кольцевые структуры. Новое исследование позволяет допустить, что в таких наклонных кольцах внутри изогнутых протопланетных дисков могут образовываться экзотические планеты, напоминающие Татуин из киноэпопеи «Звездные войны». Данные получены в результате совместных наблюдений с Очень Большим телескопом Европейской Южной обсерватории (VLT ESO) и Большой миллиметровой и субмиллиметровой антенной решеткой ALMA.

Наша Солнечная система отличается высокой степенью уплощенности – все планеты обращаются вокруг Солнца примерно во одной плоскости. Но иногда бывает и совсем иначе, в особенности в протопланетных дисках вокруг кратных звезд. Именно таким и был объект нового исследования: кратная система GW Ориона, расположенная на расстоянии более 1300 световых лет от нас в созвездии Ориона. Она состоит из трех звезд и деформированного, разорванного на части, диска вокруг них.

Полученные нами изображения показывают, что перед нами экстремальный случай протопланетного диска: он совершенно не плоский, а изогнутый и содержит кольцо со смещенным центром, оторванное от самого диска”, ‒ говорит Стефан Краус (Stefan Kraus), профессор астрофизики из Эксетерского университета в Великобритании, руководитель исследования, результаты которого публикуются сегодня в журнале Science. Смещенное кольцо расположено во внутренней части диска, вблизи тройки центральных звезд.

Новое исследование также показывает, что во внутреннем кольце содержится пыль в количестве около 30 масс Земли, достаточном для образования планет. “Любые планеты, которые сформируются в этом смещенном пылевом кольце, будут обращаться вокруг центральных звезд по сильно наклоненным орбитам. Мы можем предсказать, что в ходе будущих наблюдательных кампаний по получению изображений планет, например, наблюдений на сверхтелескопе ELT, будет открыто много планет с большим наклонением орбит, далеко отстоящих от материнских звезд”, ‒ говорит член исследовательской группы, сотрудник  Эксетерского университета Александр Креплин (Alexander Kreplin). Он имеет в виду Чрезвычайно Большой телескоп ESO, ввод которого в строй планируется к концу этого десятилетия. Так как на небе более половины всех звезд рождается с одним или более компаньонами, появляется интересная возможность существования пока неизвестного нам семейства экзопланет, обращающихся вокруг своих звезд по очень сильно наклоненным и удаленным орбитам.

Чтобы прийти к таким выводам, группа наблюдала GW Ori более 11 лет, начиная с 2008 года. Вначале астрономы использовали приемник AMBER, а затем инструмент GRAVITY, работающий в составе интерферометра ESO VLTI в Чили. При наблюдениях этим методом удается сложить световые сигналы от нескольких входящих в комплекс VLT телескопов. Таким образом были подробно исследованы движения всех трех входящих в систему звезд в процессе их гравитационного «танца», и вычислены их орбиты. “Мы обнаружили, что эти три звезды не обращаются в одной плоскости, но что их орбиты смещены друг относительно друга и относительно диска”, ‒ говорит Элисон Янг (Alison Young), сотрудница университетов в Эксетере и Лестере и член исследовательской группы.

Астрономы также наблюдали эту тройную систему с приемником SPHERE на телескопе ESO VLT и с антенной решеткой ALMA, партнером по эксплуатации которой является ESO. В результате они смогли получить изображение внутреннего кольца и подтвердить его эксцентричность. Использование приемника ESO SPHERE также позволило им впервые увидеть тень, которую кольцо отбрасывает на диск. Таким образом исследователи сумели вычислить 3D-форму кольца и всего диска в целом.

Затем исследовательская группа, в которую входили ученые из Великобритании, Бельгии, Чили, Франции и США, дополнила свои всесторонние наблюдения компьютерным моделированием, чтобы окончательно разобраться с тем, что произошло в этой системе. Астрономам впервые удалось уверенно связать наблюдаемые отклонения от концентричности с теоретическим “эффектом разрыва диска”, который состоит в том, что соперничающие друг с другом гравитационные силы звезд, действующие в различных плоскостях, могут искривить и разорвать протопланетный диск в системе.

Компьютерное моделирование показало, что рассогласование орбит трех звезд системы могло привести к разделению диска вокруг них на отдельные дисковые фрагменты. Именно такая картина и предстает из наблюдений. Наблюдаемая форма внутреннего кольца также соответствует предсказаниям, которые можно сделать на основе выполненного численного моделирования процесса разрыва диска.

Интересно, что другая группа, изучавшая ту же систему с антенной решеткой ALMA, считает, что для понимания процессов, происходящих в системе, нужна еще одна составляющая. “Мы считаем, что для того, чтобы объяснить, почему диск разорван, необходимо допустить присутствие планеты между кольцами”, ‒ говорит Цзяцин Би (Jiaqing Bi) из университета Виктории в Канаде, который руководил исследованием GW Orionis, опубликованным в The Astrophysical Journal Letters в мае нынешнего года. Его группа по данным, полученным на ALMA, выявила три пылевых кольца, при этом самое внешнее из них оказалось самым большим из всех, когда-либо наблюдавшихся в протопланетных дисках.

Будущие наблюдения с телескопом ESO ELT и с другими телескопами могут помочь астрономам полностью объяснить природу GW Ориона и найти молодые планеты, формирующиеся в этой тройной системе.

Узнать больше

Результат исследования представлен в статье A triple star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing”, которая выходит в журнале Science (doi: 10.1126/science.aba4633).

Состав исследовательской группы: Stefan Kraus (University of Exeter, School of Physics & Astronomy, UK [Exeter]) Alexander Kreplin (Exeter), Alison K. Young (Exeter and School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), Matthew R. Bate (Exeter), John D. Monnier (University of Michigan, USA [Michigan]), Tim J. Harries (Exeter), Henning Avenhaus (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), Jacques Kluska (Exeter and Instituut voor Sterrenkunde, KU Leuven, Belgium [KU Leuven]), Anna S. E. Laws (Exeter), Evan A. Rich (Michigan), Matthew Willson (Exeter and Georgia State University, USA), Alicia N. Aarnio (University of North Carolina Greensboro, USA), Fred C. Adams (Michigan), Sean M. Andrews (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA [CfA]), Narsireddy Anugu (Exeter, Michigan and Steward Observatory, University of Arizona, USA), Jaehan Bae (Michigan and Carnegie Institution for Science, Washington, USA), Theo ten Brummelaar (The CHARA Array of Georgia State University, California, USA), Nuria Calvet (Michigan), Michel Cure (Instituto de Fisica y Astronomia, Universidad de Valparaiso, Chile), Claire L. Davies (Exeter), Jacob Ennis (Michigan), Catherine Espaillat (Michigan and Boston University, USA), Tyler Gardner (Michigan), Lee Hartmann (Michigan), Sasha Hinkley (Exeter), Aaron Labdon (Exeter), Cyprien Lanthermann (KU Leuven), Jean-Baptiste LeBouquin (Michigan and Universite Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, France), Gail H. Schaefer (CHARA), Benjamin R. Setterholm (Michigan), David Wilner (CfA), and Zhaohuan Zhu (University of Nevada, USA).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо». 

Большая Атакамская миллиметровая / субмиллиметровая решетка ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – международный астрономический инструмент, совместный проект ESO, Национального научного фонда США NSF (U.SNational Science Foundation) и Национального института естественных наук Японии NINS (National Institutes of Natural Sciences) в кооперации с Республикой Чили. ALMA финансируется ESO (представляющей объединенные интересы своих стран-участниц), фондом NSF совместно с Национальным советом по научным исследованиям Канады NRC (National Research Council) и Национальным советом по науке Тайваня NSC (National Science Council), а также NINS в кооперации с тайваньской Academia Sinica (AS) и Корейским институтом астрономии и космических исследований KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute).  Строительство и эксплуатация телескопа ALMA осуществляются ESO, представляющей интересы своих стран-участниц, Национальной радиоастрономической обсерваторией США NRAO (National Radio Astronomy Observatory), управляемой компанией Associated UniversitiesInc. (AUI), представляющей Северную Америку, и Национальной астрономической обсерваторией Японии NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), представляющей Восточную Азию. Общее управление строительством, тестированием и эксплуатацией ALMA осуществляется в рамках JAO: Объединенной обсерватории ALMA (Joint ALMA Observatory).

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: 89112122130
Сотовый: +79112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Stefan Kraus
Associate Professor in Astrophysics, University of Exeter
Exeter, UK
Телефон: +44 1392 724125
Email: S.Kraus@exeter.ac.uk

Alexander Kreplin
Postdoctoral Research Fellow, University of Exeter
Exeter, UK
Телефон: +44 1392 725571
Email: A.Kreplin@exeter.ac.uk

Alison Young
Postdoctoral Research Associate, University of Leicester
Leicester, UK
Телефон: +44 116 3736281
Email: alison.young@leicester.ac.uk

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Сотовый: +49 151 241 664 00
Email: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2014.

О релизе

Релиз №:eso2014ru
Название:GW Orionis
Тип:Milky Way : Star : Grouping : Triple
Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Protoplanetary
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope, Very Large Telescope Interferometer
Instruments:AMBER, GRAVITY, SPHERE
Science data:2020Sci...369.1233K

Изображения

Внутреннее кольцо GW Ori: модель и наблюдения на SPHERE
Внутреннее кольцо GW Ori: модель и наблюдения на SPHERE
Изображения GW Ori, полученные на ALMA и SPHERE (сопоставление)
Изображения GW Ori, полученные на ALMA и SPHERE (сопоставление)
Изображения GW Ori, полученные на ALMA и SPHERE (наложение)
Изображения GW Ori, полученные на ALMA и SPHERE (наложение)
Система GW Ori в созвездии Ориона
Система GW Ori в созвездии Ориона

Видео

ESOcast 229 Light: Протопланетный диск разорван на части тремя его родительскими звездами
ESOcast 229 Light: Протопланетный диск разорван на части тремя его родительскими звездами
Художественная анимация искривленного и разорванного диска в системе GW Ori
Художественная анимация искривленного и разорванного диска в системе GW Ori
Художественная анимация звездных движений в GW Ориона
Художественная анимация звездных движений в GW Ориона
Как образовалось кольцо у GW Ori (компьютерная симуляция)
Как образовалось кольцо у GW Ori (компьютерная симуляция)

Также смотрите наши