Αυτή είναι μια πραγματική εικόνα ενός δίσκου που σχηματίζει πλανήτη σε ένα μακρινό αστρικό σύστημα

Το 2017, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το ALMA (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array) για να κοιτάξουν το αστέρι AB Aurigae . Είναι ένας τύπος νεαρού αστεριού που ονομάζεται αστέρι Herbig Ae και είναι λιγότερο από 10 εκατομμύρια χρόνια. Εκείνη την ώρα, βρήκαν έναν σκονισμένο πρωτοπλανητικό δίσκο εκεί, με ενδεικτικά κενά που δείχνουν σπειροειδείς βραχίονες.

Τώρα έριξαν άλλη μια ματιά και βρήκαν έναν πολύ νεαρό πλανήτη να σχηματίζεται εκεί.

Τα νεαρά αστέρια Herbig Ae όπως το AB Aurigae παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τους αστρονόμους. Είναι τόσο νέοι που δεν είναι κύρια ακολουθία αστέρια ακόμα, και εξακολουθούν να περιβάλλονται από τον περιαστρικό δίσκο τους από αέριο και σκόνη. Και από αυτό το αέριο και τη σκόνη, σχηματίζονται νέοι πλανήτες.

Ο δίσκος γύρω από το AB Aurigae, ο οποίος απέχει πάνω από 500 έτη φωτός, έχει σπειροειδείς βραχίονες που συναντώνται σε έναν κόμπο. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο κόμπος είναι το ακριβές σημείο όπου σχηματίζεται ένας νεαρός πλανήτης. Μια νέα μελέτη χρησιμοποίησε το ΣΦΑΙΡΑ (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) όργανο στο Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο (VLT) για να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο AB Aurigae και τους πλανήτες που αναπτύσσονται μέσα στο δίσκο του.

Η νέα μελέτη έχει τίτλο « Πιθανές ενδείξεις για τον σχηματισμό πλανητών σε εξέλιξη στο AB Aurigae .» Επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης είναι ο Anthony Boccaleti από το Observatoire de Paris, Πανεπιστήμιο PSL, Γαλλία. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Αστρονομία και Αστροφυσική .

«Χιλιάδες εξωπλανήτες έχουν εντοπιστεί μέχρι στιγμής, αλλά λίγα είναι γνωστά για το πώς σχηματίζονται», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Boccaleti σε μια δελτίο τύπου . Η παρατήρηση νέων πλανητών που ακόμη σχηματίζονται είναι μεγάλη υπόθεση στην αστρονομία αυτή τη στιγμή, αλλά είναι δύσκολη. Ο περιστρεφόμενος δίσκος γύρω από το αστέρι είναι δύσκολο να φανεί, και ακόμη και η καλύτερη τεχνολογία μας μόλις και μετά βίας ανταποκρίνεται στο έργο.

Η εντύπωση του καλλιτέχνη από τον περιαστρικό δίσκο με συντρίμμια γύρω από ένα μακρινό αστέρι. Αυτοί οι δίσκοι είναι συνηθισμένοι γύρω από νεότερα αστέρια και είναι δύσκολο να τους δεις. Πίστωση: NASA/JPL

Το όργανο SPHERE ήταν κρίσιμο για αυτό το έργο. Είναι προχωρημένο προσαρμοστικό οπτικό σύστημα , σε συνδυασμό με στεφανογράφο. Αναπτύχθηκε για να προωθήσει τη μελέτη εξωπλανητών, με φασματοσκοπικές και πολωσιμετρικές εικόνες χαμηλής ανάλυσης. Φωτογραφίζει τόσο με οπτικό όσο και με υπέρυθρο φως. Το SPHERE επέτρεψε στην ομάδα πίσω από αυτή τη μελέτη να επικεντρωθεί στα πρώτα στάδια του σχηματισμού των πλανητών.

«Πρέπει να παρατηρούμε πολύ νεαρά συστήματα για να συλλάβουμε πραγματικά τη στιγμή που σχηματίζονται πλανήτες», είπε ο Μποκαλέτι. Αυτός ο στριμμένος κόμπος όπου συναντώνται οι σπειροειδείς βραχίονες του κυκλικού αστρικού δίσκου του AB Aurigae είναι τόσο κοντά όσο φτάσαμε να απαθανατίσουμε εκείνη τη στιγμή.

Αυτές οι σπείρες δείχνουν τη γέννηση ενός μωρού πλανήτη. Αυτό συμβαίνει επειδή η μάζα του πλανήτη επηρεάζει το λιγότερο πυκνό αέριο και τη σκόνη στο δίσκο. Ουσιαστικά, ο πλανήτης κλωτσάει το υλικό στο δίσκο, δημιουργώντας ένα ορατό κύμα: τις σπείρες.

'Η συστροφή της σπείρας αναπαράγεται τέλεια με ένα μοντέλο κυμάτων πυκνότητας που καθοδηγείται από τον πλανήτη όταν λαμβάνονται υπόψη τα φαινόμενα προβολής.'

Από τη Μελέτη «Πιθανές ενδείξεις για συνεχιζόμενο σχηματισμό πλανητών στο AB Aurigae».

Σύμφωνα με τον Emmanuel Di Folco του Εργαστηρίου Αστροφυσικής του Μπορντό (LAB), Γαλλίας, ο οποίος συμμετείχε σε αυτή τη μελέτη, οι νεαροί πλανήτες δημιουργούν «διαταραχές στο δίσκο με τη μορφή κύματος, κάπως σαν τον απόηχο ενός σκάφους σε μια λίμνη .» Και καθώς ο νεαρός πλανήτης περιστρέφεται γύρω από το κεντρικό αστέρι, αυτές οι διαταραχές γίνονται σπειροειδείς βραχίονες.

Οι εικόνες του συστήματος AB Aurigae που δείχνουν τον δίσκο γύρω του. Η εικόνα στα δεξιά είναι μια μεγεθυσμένη έκδοση της περιοχής που υποδεικνύεται από ένα κόκκινο τετράγωνο στην εικόνα στα αριστερά. Δείχνει την εσωτερική περιοχή του δίσκου, συμπεριλαμβανομένης της πολύ φωτεινής-κίτρινης «συστροφής» (σε κύκλο σε λευκό) που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι σηματοδοτεί το σημείο όπου σχηματίζεται ένας πλανήτης. Αυτή η συστροφή βρίσκεται περίπου στην ίδια απόσταση από το αστέρι AB Aurigae με τον Ποσειδώνα από τον Ήλιο. Ο μπλε κύκλος αντιπροσωπεύει το μέγεθος της τροχιάς του Ποσειδώνα. Οι εικόνες ελήφθησαν με το όργανο SPHERE στο Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο της ESO σε πολωμένο φως. Πίστωση εικόνας: ESO/Boccaletti et al, 2020

Στην εργασία τους, οι συγγραφείς μας προειδοποιούν ότι εξακολουθούμε να μαθαίνουμε τι συμβαίνει μέσα σε αυτά τα περιστρεφόμενα αστρικά πέπλα που περιβάλλουν νεαρά αστέρια. Είμαστε ακόμα στις πρώτες μέρες της εξέτασης αυτών των δομών και δεν είναι σίγουροι ότι αυτή η συστροφή είναι πλανήτης.

«Η SPHERE έδωσε τις βαθύτερες εικόνες που έχουν ληφθεί ποτέ για το AB Aur σε διάσπαρτο φως. Μεταξύ των πολλών δομών που δεν έχουν γίνει ακόμη κατανοητές, εντοπίσαμε όχι μόνο τους εσωτερικούς σπειροειδείς βραχίονες, αλλά επιλύσαμε επίσης ένα χαρακτηριστικό με τη μορφή συστροφής στην ανατολική σπείρα σε απόσταση περίπου 30 au.

Είναι σίγουροι ότι είναι πλανήτης; Όχι ακριβώς, αλλά το χαρακτηριστικό twist ταιριάζει με το modelling. «Η συστροφή της σπείρας αναπαράγεται τέλεια με ένα μοντέλο κυμάτων πυκνότητας που καθοδηγείται από τον πλανήτη όταν λαμβάνονται υπόψη τα φαινόμενα προβολής», γράφουν οι συγγραφείς.

Οι αρχικές παρατηρήσεις του AB Aurigae που έγιναν με το ALMA, αλλά χωρίς ΣΦΑΙΡΑ, έδειξαν το ζευγάρι των σπειροειδών βραχιόνων. Αλλά μόνο το ALMA δεν αποκάλυψε τόσες πολλές πληροφορίες. Ωστόσο, αποκάλυψε δελεαστικές ενδείξεις ότι σχηματίζονταν πλανήτες.

Η εικόνα ALMA του δακτυλίου σκόνης (κόκκινο) και των αέριων σπειρών (μπλε) του περιαστρικού δίσκου AB Aurigae αποκαλύπτουν αέριους σπειροειδείς βραχίονες μέσα σε ένα μεγάλο διάκενο σκόνης, παρέχοντας μια υπόδειξη σχηματισμού πλανητών. Από τους ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Tang et al. – https://www.almaobservatory.org/en/press-release/astronomers-found-spirals-inside-a-dust-gap-of-a-young-star-forming-disk/, CC BY 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=87359440

Αν και το ALMA είναι ένα ισχυρό εργαλείο, το SPHERE είναι ακόμα πιο ισχυρό. Μπορεί να δει το πολύ αμυδρό φως από τους κόκκους σκόνης και τις εκπομπές που προέρχονται από τον εσωτερικό δίσκο. Οι αστρονόμοι μπόρεσαν να δουν τις λεπτομέρειες στις σπείρες και τη «συστροφή» στο κέντρο τους.

«Η ανατροπή αναμένεται από ορισμένα θεωρητικά μοντέλα σχηματισμού πλανητών», λέει η συν-συγγραφέας Anne Dutrey, επίσης στο LAB. «Αντιστοιχεί στη σύνδεση δύο σπειρών — η μία περιελίσσεται προς τα μέσα της τροχιάς του πλανήτη, η άλλη διαστέλλεται προς τα έξω — που ενώνονται στη θέση του πλανήτη. Επιτρέπουν στο αέριο και τη σκόνη από το δίσκο να συσσωρευτούν στον σχηματιζόμενο πλανήτη και να τον κάνουν να αναπτυχθεί».

Ο δίσκος είναι μια περίτεχνη δομή και οι αστρονόμοι παρατήρησαν πολλές άλλες δομές μέσα σε αυτόν. Δύο από αυτά είχαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, με την ένδειξη f1 και f2 σε αυτήν την εικόνα. Και οι δύο αυτές είναι εικόνες SPHERE, η καθεμία με διαφορετικό όριο έντασης. Πίστωση εικόνας: Boccaleti et al, 2020.

Υπάρχει άφθονη θεωρία που υποστηρίζει τη γέννηση των πλανητών στο σημείο συστροφής. «Στο πρώιμο στάδιο του σχηματισμού πλανητών, οι υδροδυναμικές προσομοιώσεις δείχνουν ότι η διαδικασία προσαύξησης δημιουργεί στη θέση του πλανήτη ένα εσωτερικό και εξωτερικό σπειροειδές σχέδιο λόγω Αντηχήσεις Lindblad που προκαλείται από αλληλεπιδράσεις δίσκου-πλανήτη», γράφει η ομάδα.

Αλλά τα στοιχεία παρατήρησης που τα υποστηρίζουν όλα ήταν δύσκολο να βρεθούν. Αυτή η μελέτη παρουσιάζει μερικές από τις καλύτερες μέχρι τώρα παρατηρήσεις που υποστηρίζουν τη θεωρία.

Στο συμπέρασμά τους, οι συγγραφείς γράφουν «…οι παρατηρήσεις SPHERE του AB Aur σε διάσπαρτο φως σε συνδυασμό με τα δεδομένα ALMA στο θερμικό καθεστώς παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι είμαστε πράγματι μάρτυρες ενός συνεχούς σχηματισμού πλανητών που αποκαλύπτεται από τους σχετικούς σπειροειδείς βραχίονες».

Αλλά δεν έχει αποδειχθεί ακόμα. «Θα χρειαστούν περαιτέρω παρατηρήσεις για να επιβεβαιωθεί αυτό το αποτέλεσμα και να εξαχθούν καλύτερες εκτιμήσεις μάζας για πιθανούς πλανήτες σε αυτήν την τοποθεσία».

Αυτές οι περαιτέρω παρατηρήσεις μπορεί να μην είναι πολύ μακριά στο μέλλον. Το ESO’s Εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο (ELT) θα πρέπει να δει το πρώτο φως το 2025. Με α καθρέφτης 39 μέτρων , το ELT θα είναι μια τεράστια ώθηση στην αστρονομική μας δύναμη παρατήρησης.

«Θα πρέπει να μπορούμε να δούμε άμεσα και με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς η δυναμική του αερίου συμβάλλει στο σχηματισμό πλανητών», κατέληξε ο επικεφαλής συγγραφέας Boccaleti.

Περισσότερο:

• Δελτίο τύπου: Το τηλεσκόπιο ESO βλέπει τα σημάδια της γέννησης του πλανήτη
• Ερευνητική εργασία: Πιθανές ενδείξεις για τον σχηματισμό πλανητών σε εξέλιξη στο AB Aurigae
• Σύμπαν σήμερα: Τα κενά σε αυτούς τους δίσκους προκαλούνται από πλανήτες;