Έτσι παίρνετε φεγγάρια. Ένας κόσμος στο μέγεθος της Γης μόλις χτυπήθηκε από κάτι τεράστιο.
Οι συγκρούσεις Τιτανικών είναι ο κανόνας στα νεαρά ηλιακά συστήματα. Το φεγγάρι της Γης ήταν το αποτέλεσμα μιας από αυτές τις συγκρούσεις όταν ο πρωτοπλανήτης Theia συγκρούστηκε με τη Γη πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η σύγκρουση, ή σειρά συγκρούσεων , δημιούργησε μια στροβιλιζόμενη μάζα εκτίναξης που τελικά συνενώθηκε στη Σελήνη. Ονομάζεται το Υπόθεση Giant Impact .
Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι συγκρούσεις αυτού του είδους είναι ένα κοινό μέρος του σχηματισμού πλανητών σε νεαρά ηλιακά συστήματα, όπου τα πράγματα δεν έχουν καταλήξει σε προβλεψιμότητα. Αλλά το να δούμε οποιαδήποτε από αυτές τις συγκρούσεις γύρω από άλλα αστέρια έχει αποδειχθεί δύσκολο.
Μια ομάδα αστρονόμων βρήκε ένα από αυτά τα νεαρά συστήματα ακόμα στη χαοτική του νιότη. Βρήκαν στοιχεία σύγκρουσης μεταξύ ενός πλανήτη στο μέγεθος της Γης και ενός μικρότερου κρουστικού εκκρεμούς που απομάκρυνε την ατμόσφαιρα από τον μεγαλύτερο πλανήτη. Η σύγκρουση συνέβη πριν από περίπου 200.000 χρόνια. Ενώ προηγούμενες έρευνες έδειξαν ότι πιθανότατα έγινε σύγκρουση, η ανακάλυψη της ατμοσφαιρικής απογύμνωσης είναι νέα.
Η ομάδα δημοσίευσε μια εργασία στο περιοδικό Nature που περιγράφει τις παρατηρήσεις της. Η εφημερίδα έχει τίτλο « Αέριο μονοξείδιο του άνθρακα που παράγεται από μια γιγαντιαία πρόσκρουση στην εσωτερική περιοχή ενός νεαρού συστήματος. Ο κύριος συγγραφέας είναι η Tajana Schneiderman, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Τμήμα Γης, Ατμόσφαιρας και Πλανητών Επιστημών του MIT.
Η ανακάλυψη επικεντρώνεται γύρω από ένα αστέρι που τράβηξε την προσοχή των αστρονόμων στη δεκαετία του 1980. Ονομάζεται HD 172555 και είναι περίπου 95 έτη φωτός μακριά και περίπου 23 εκατομμύρια χρόνια. Το αστέρι ήταν αξιοσημείωτο για τη φωτεινότητά του στο μέσο υπέρυθρο. Στη νεαρή του ηλικία, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτό το ηλιακό σύστημα βρίσκεται στα πρώτα στάδια του σχηματισμού επίγειων πλανητών.
Όταν ένα ηλιακό σύστημα σχηματίζει επίγειους πλανήτες, οι αστρονόμοι αναμένουν να δουν πράγματα όπως το πυροξένιο και η ολιβίνη στον πρωτοπλανητικό δίσκο του άστρου. Αντίθετα, το HD 172555 περιβάλλεται από απροσδόκητα υλικά όπως το άμορφο πυρίτιο και το αέριο SiO. Αλλά το αέριο SiO είναι βασικά ατμοποιημένο πέτρωμα και η παρουσία του σήμαινε ότι κάτι εξαιρετικά ενεργητικό συνέβη για την εξάτμισή του. Όχι μόνο αυτό, αλλά και το αστέρι περιβάλλεται από πολλή σκόνη. Και σε αυτή την περίπτωση, οι κόκκοι της σκόνης είναι ασυνήθιστα λεπτοί.
Μόνο μια πρόσκρουση υψηλής ταχύτητας θα μπορούσε να εξατμίσει το βράχο σε SiO. Χρειάζεται πολλή ενέργεια για την εξάτμιση του βράχου και μόνο ταχύτητες στην περιοχή των 10 km/s ή πάνω από 22.000 mph θα μπορούσαν να το κάνουν.
Αυτό το φάσμα, ή η γραφική παράσταση των υπέρυθρων δεδομένων, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA αποκαλύπτει την παρουσία εξατμισμένου και λιωμένου βράχου, μαζί με μπάζα, γύρω από το νεαρό, καυτό αστέρι HD 172555. Πίστωση εικόνας: NASA/JPL-Caltech/C. Lisse (Πανεπιστήμιο Johns Hopkins.)
Αλλά υπάρχουν περισσότερα. Όχι μόνο υπάρχει λεπτόκοκκη σκόνη και εξατμισμένος βράχος σε τροχιά γύρω από το HD 172555, αλλά το αστέρι έχει επίσης έναν δακτύλιο μονοξειδίου του άνθρακα που βρίσκεται σε τροχιά με το SiO και τα σκονισμένα συντρίμμια. Η ομάδα των ερευνητών πιστεύει ότι η σύγκρουση ευθύνεται και για αυτό. Πιστεύουν ότι το CO είναι ένα μέρος της ατμόσφαιρας του μεγαλύτερου πλανήτη που αποσχίστηκε από τη σύγκρουση. Αυτή η διπλή ανίχνευση συντριμμιών και CO ενθουσίασε την ομάδα.
«Λόγω αυτών των δύο παραγόντων, το HD 172555 πιστεύεται ότι είναι αυτό το περίεργο σύστημα», είπε ο Schneiderman σε μια δελτίο τύπου.
«Είναι η πρώτη φορά που εντοπίζουμε αυτό το φαινόμενο, μιας απογυμνωμένης πρωτοπλανητικής ατμόσφαιρας σε μια γιγαντιαία πρόσκρουση», λέει η επικεφαλής συγγραφέας Tajana Schneiderman. «Όλοι ενδιαφέρονται να παρατηρήσουν έναν τεράστιο αντίκτυπο γιατί περιμένουμε να είναι κοινός, αλλά δεν έχουμε στοιχεία σε πολλά συστήματα για αυτό. Τώρα έχουμε πρόσθετη εικόνα αυτής της δυναμικής».
Το απογυμνωμένο μονοξείδιο του άνθρακα που περιφέρεται γύρω από το αστέρι έπαιξε κρίσιμο ρόλο σε αυτή την έρευνα. Οι αστρονόμοι αναζητούν CO λόγω της φωτεινότητάς του. «Όταν οι άνθρωποι θέλουν να μελετήσουν το αέριο σε δίσκους συντριμμιών, το μονοξείδιο του άνθρακα είναι συνήθως το πιο φωτεινό και επομένως το πιο εύκολο να βρεθεί», είπε ο Schneiderman. 'Έτσι, εξετάσαμε ξανά τα δεδομένα μονοξειδίου του άνθρακα για το HD 172555 επειδή ήταν ένα ενδιαφέρον σύστημα.'
Η ομάδα εξέτασε δεδομένα από ΨΥΧΗ (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array), μια ισχυρή σειρά ραδιοφωνικών πιάτων που λειτουργούν ως συμβολόμετρο. Έψαξαν για στοιχεία CO στα δεδομένα και τα βρήκαν. Κατάφεραν να μετρήσουν την αφθονία του και η ομάδα λέει ότι βρήκαν CO ίσο με περίπου 10 φορές τη μάζα ολόκληρης της ατμόσφαιρας της Γης.
Αλλά πέρα από τη σημασία της εύρεσης τόσο πολύ CO, η τοποθεσία του ήταν ακόμα πιο ενδιαφέρουσα. Το αέριο ήταν μόλις 10 AU από το αστέρι, το οποίο είναι εκπληκτικά κοντά. Συνήθως, το αέριο και η σκόνη σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο θα εκτείνονται σε δεκάδες ή εκατοντάδες AU, σύμφωνα με το έγγραφο.
«Η παρουσία μονοξειδίου του άνθρακα τόσο κοντά απαιτεί κάποια εξήγηση», λέει ο Schneiderman.
Και δεν είναι μόνο η εγγύτητα του CO που απαιτεί εξήγηση. Είναι το γεγονός ότι είναι ακόμα εκεί. Τα νεαρά αστέρια γεννιούνται με αρχέγονους δίσκους αερίου και σκόνης, αλλά πολύ λίγα διαρκούν όσο την ηλικία του HD 172555. Σε ηλικία 23 εκατομμυρίων ετών, αυτό το αέριο θα έπρεπε να είχε θωρακιστεί με κάποιο τρόπο για να επιβιώσει τόσο πολύ. «Τα νεαρά αστέρια τύπου Α γεννιούνται περικυκλωμένα από πρωτοπλανητικούς δίσκους αρχέγονου αερίου και σκόνης, αλλά μόνο το 2-3% επιβιώνει πέρα από τα πρώτα 3 Myr της ζωής ενός αστεριού», γράφουν οι συγγραφείς. «Ακόμη κι αν το CO που παρατηρήθηκε γύρω από το HD 172555 ήταν αρχέγονο, με τη διάρκεια ζωής του να παρατείνεται μέσω θωράκισης, το σύστημα θα παρέμενε ένα αξιοσημείωτο ακραίο όχι μόνο σε ηλικία (στα 23 Myr) αλλά και σε μάζα σκόνης…»
Συνολικά, ο τύπος των υλικών γύρω από το αστέρι, η λεπτόκοκκη σκόνη και το CO αποτελούν ένα πολύ ασυνήθιστο σύστημα. Θα μπορούσε να έχει διαμορφωθεί με αυτόν τον τρόπο χωρίς κανένα αντίκτυπο για να το εξηγήσει; Πιθανώς, αλλά απίθανο, σύμφωνα με τους συγγραφείς.
Θα ήταν δύσκολο να τα εξηγήσουμε όλα χωρίς πρόσκρουση υψηλής ταχύτητας. Είναι πιθανό ότι υπάρχουν αόρατοι πλανητοί σύντροφοι γύρω από το αστέρι που έχουν διαμορφώσει το δίσκο και κρατούν το CO κοντά. Είναι πιθανό ότι κρούσεις στο ηλιακό νεφέλωμα εξάτμισαν τον βράχο σε αέριο SiO, παρόμοια με τα σοκ που σχηματίστηκαν χοντρούλες στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Και είναι πιθανό ότι ένας συνεχιζόμενος καταρράκτης συγκρούσεων μεταξύ αστεροειδών θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει την τεράστια μάζα σκόνης που εντοπίστηκε γύρω από το HD 172555.
Αλλά αυτό δεν είναι πιθανό, σύμφωνα με τους συγγραφείς. Ούτε καμία από τις άλλες πιθανές εξηγήσεις, όπως μια διασπορά κομητών προς τα μέσα από κάτι σαν τη Ζώνη Κάιπερ εδώ στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα.
Αυτή είναι η εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη του HD 17255. Το 2017 αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ανακάλυψαν μονοξείδιο του άνθρακα και αέριο πυριτίου γύρω από το HD 172555 και το απέδωσαν σε κομήτες που πέφτουν από τις μακρινές περιοχές του ηλιακού συστήματος του αστεριού. Αλλά αυτή η νέα έρευνα δείχνει ότι μόνο μια τιτάνια σύγκρουση μεταξύ πλανητών μπορεί να οφείλεται σε αυτό. Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, A. Feild και G. Bacon (STScI)
Υπάρχει μόνο ένα συμπέρασμα που εξηγεί όλες τις παρατηρήσεις σύμφωνα με τους συγγραφείς.
«Η ανίχνευση και η μορφολογία του αερίου CO, σε συνδυασμό με προηγούμενα στοιχεία από την απεικόνιση σκόνης και τη φασματοσκοπία, υποστηρίζουν μια εικόνα όπου μια γιγαντιαία πρόσκρουση έλαβε χώρα τουλάχιστον πριν από 0,2 μύρια στην εξωτερική επίγεια περιοχή σχηματισμού πλανητών του 23-Myr-old. σύστημα HD?172555», γράφουν. Αυτοί οι τύποι πλανητικών κρούσεων αναμένεται να είναι συνηθισμένοι σε συστήματα αυτής της ηλικίας.
«Από όλα τα σενάρια, είναι το μόνο που μπορεί να εξηγήσει όλα τα χαρακτηριστικά των δεδομένων», λέει ο Schneiderman. «Σε συστήματα αυτής της εποχής, αναμένουμε να υπάρχουν γιγαντιαίες κρούσεις και αναμένουμε ότι οι γιγάντιες κρούσεις θα είναι πολύ συνηθισμένες. Τα χρονοδιαγράμματα λειτουργούν, η ηλικία λειτουργεί και οι μορφολογικοί και συνθετικοί περιορισμοί λειτουργούν. Η μόνη εύλογη διαδικασία που θα μπορούσε να παράγει μονοξείδιο του άνθρακα σε αυτό το σύστημα σε αυτό το πλαίσιο είναι ένας τεράστιος αντίκτυπος».
Η εύρεση CO γύρω από το HD 172555 θα μπορούσε να είναι ένα πραγματικό όφελος για τη μελέτη νέων ηλιακών συστημάτων.
«Τώρα υπάρχει δυνατότητα για μελλοντική εργασία πέρα από αυτό το σύστημα», λέει ο Schneiderman. «Δείχνουμε ότι, αν βρείτε μονοξείδιο του άνθρακα σε ένα μέρος και μορφολογία συνεπή με μια γιγάντια πρόσκρουση, παρέχει μια νέα οδό για να αναζητήσετε γιγάντιες κρούσεις και να κατανοήσετε πώς συμπεριφέρονται τα συντρίμμια στη συνέχεια».
Περισσότερο:
- Δελτίο τύπου: Οι αστρονόμοι εντοπίζουν σημάδια μιας ατμόσφαιρας που απογυμνώθηκε από έναν πλανήτη κατά τη διάρκεια της γιγαντιαίας πρόσκρουσης
- Δημοσιευμένη έρευνα: Αέριο μονοξείδιο του άνθρακα που παράγεται από μια γιγαντιαία πρόσκρουση στην εσωτερική περιοχή ενός νεαρού συστήματος
- Σύμπαν σήμερα: Οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι εκτοξεύουν περισσότερο υλικό παρά μετατρέπονται σε πλανήτες