Komunikat prasowy

Gwiezdny rozbłysk umożliwił dostrzeżenie linii śniegu

13 lipca 2016

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) dokonała pierwszego w historii obserwacyjnego rozdzielenia linii śniegu w dysku protoplanetarnym. Linia ta wskazuje gdzie temperatura w dysku otaczającym młodą gwiazdę spada wystarczająco nisko, aby uformował się śnieg. Dramatyczne zwiększenie jasności młodej gwiazdy V883 Orionis poprzez błysk rozgrzało wewnętrzne obszary dysku, odsuwają linię śniegu na znacznie dalsza odległość niż zazwyczaj w przypadku protogwiazd. Pozwoliło to na jej zaobserwowanie po raz pierwszy. Wyniki zostały opublikowane 14 lipca 2016 r. w czasopiśmie „Nature”.

Młode gwiazdy często są otoczone przez gęste, rotujące dyski gazu i pyłu, znane jako dyski protoplanetarne, z których rodzą się planety. Ciepło od typowej młodej gwiazdy typu słonecznego powoduje, że woda w dysku protoplanetarnym jest w stanie gazowym do odległości około 3 au od gwiazdy [1] — mniej niż trzykrotna średnia odległość pomiędzy Ziemią, a Słońcem — albo około 450 millionów kilometrów [2]. Dalej, z powodu ekstremalnie małego ciśnienia, cząsteczki wody przechodzą bezpośrednio ze stanu gazowego do postaci patyn lodu na ziarnach pyłu i innych cząsteczkach. Obszar w dysku protoplanetarnym, w którym woda przechodzi pomiędzy gazem, a fazą stałą, jest znany jako linia śniegu [1].

Ale gwiazda V883 Orionis jest nietypowa. Dramatyczny jej wzrost jasności przesunął linię śniegu dla wody na odległość około 40 au (około 6 miliardów kilometrów, albo prawie do odległości orbity planety karłowatej Pluton w Układzie Słonecznym). Tak olbrzymie oddalenie, w połączeniu z rozdzielczością ALMA na długich bazach [4], pozwoliły zespołowi, którym kierował Lucas Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus oraz Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) na wykonanie pierwszych w historii obserwacji rozdzielających linie śniegu dla wody w dysku protoplanetarnym.

Nagłe pojaśnienie V883 Orionis jest przykładem tego co zdarza się gdy wielkie ilości materii z dysku otaczającego młodą gwiazdę spadną na jej powierzchnię. V883 Orionis jest zaledwie o 30% bardziej masywna niż Słońce, ale dzięki rozbłyskowi, który właśnie przeżywa, jest obecnie 400 razy jaśniejsza – i znacznie gorętsza [5].

Główny autor publikacji, Lucas Cieza, wyjaśnia: „Obserwacje ALMA nadeszły jako niespodzianka. Nasze obserwacje miały na celu spojrzenie na fragmentację dysku prowadzącą do powstawania planet. Nie dostrzegliśmy nic takiego, a zamiast tego znaleźliśmy coś, co wygląda jak pierścień w odległości 40 au. To w bardzo dobry sposób ilustruje moc ALMA do transformacji nauki, dzięki dostarczaniu nowych, ciekawych rezultatów nawet w sytuacjach, gdy nie są one celem danych badań.”

Dziwaczny pomysł śniegu w przestrzeni kosmicznej jest fundamentalny dla powstawania planet. Występowanie lodu wodnego reguluje efektywność koagulacji ziaren pyłu – pierwszego kroku w formowaniu się planet. Uważa się, że wewnątrz linii śniegu, gdzie lód wodny ulatnia się do postaci gazowej, powstają mniejsze, skalaiste planety, takie jak nasza własna. Na zewnątrz linii śniegu, występowanie lodu wodnego pozwala na gwałtowne formowanie się kosmicznych śnieżek, które na końcu tego procesu przechodzą do postaci masywnych gazowych planet, takich jak Jowisz.

Odkrycie, że rozbłysk może odsunąć linię śniegu około 10 razy dalej niż typowy jej promień, jest bardzo znaczące dla rozwoju dobrych modeli powstawania planet. Uważa się, że takie rozbłyski są stadium ewolucji większości systemów planetarnych, mogą to więc być pierwsze obserwacje typowego zdarzenia. W takim przypadku obserwacje z ALMA mogą dać znaczący wkład w lepsze zrozumienie jak we Wszechświecie powstają i ewoluują planety.

Uwagi

[1] 1 au, albo „jednostka astronomiczna”, to średni dystans pomiędzy Ziemią, a Słońce, czyli około 149,6 miliona kilometrów. Ta jednostka odległości jest zazwyczaj używana do opisywania odległości mierzonych w Układzie Słonecznym i w systemach planetarnych wokół innych gwiazd.

[2] Podczas powstawania Układu Słonecznego linia ta znajdowała się pomiędzy orbitami Marsa, a Jowisza, dlatego planety skaliste (Merkury, Wenus, Ziemia i Mars) uformowały się wewnątrz tej linii, a planety gazowe (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun) na zewnątrz.

[3] Linie śniegu dla innych cząsteczek, takich jak tlenek węgla i metan, były już obserwowane przy pomocy ALMA, w odległościach większych niż 30 au od protogwiazdy w innych dyskach protoplanetarnych. Woda zamarza we względnie wysokiej temperaturze, a to oznacza, że linii śniegu dla wody jest zazwyczaj zbyt blisko protogwiazdy, aby zaobserwować ją bezpośrednio.

[4] Rozdzielczość to zdolność dostrzeżenia dwóch obiektów jako oddzielonych. Dla ludzkiego oka, kilka jasnych latarek w dużej odległości wydaje się jedną plamą światła, a dopiero znacznie bliżej latarki stają się rozróżnialne osobno. Podobna zasada dotyczy także teleskopów i nowe obserwacje wykorzystały niesamowitą rozdzielczość ALMA w trybach obserwacji z długą bazą. Rozdzielczość ALMA na odległości V883 Orionis wynosi około 12 au — wystarczająco do rozdzielenia linii śniegu na 40 au w systemie będącym w trakcie wybuchu, ale zbyt mało dla typowej młodej gwiazdy.

[5] Gwiazdy takie jak V883 Orionis są klasyfikowane jako gwiazdy typu FU Orionis, od oryginalnej gwiazdy, w przypadku której odkryto takie zachowanie. Rozbłyski mogą trwać setki lat.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „Imaging the water snow-line during a protostellar outburst”, L. Cieza et al., który 14 lipca 2016 r. ukaże się w Nature.

Skład zespołu badawczego: Lucas A. Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus; Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), Simon Casassus (Universidad de Chile, Santiago, Chile), John Tobin (Leiden Observatory, Leiden University, Holandia), Steven Bos (Leiden Observatory, Leiden University, Holandia), Jonathan P. Williams (University of Hawaii at Manoa, Honolulu, Hawai`i, USA), Sebastian Perez (Universidad de Chile, Santiago, Chile), Zhaohuan Zhu (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA), Claudio Cáceres (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Hector Canovas (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Michael M. Dunham (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Antonio Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Jose L. Prieto (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), David A. Principe (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), Matthias R. Schreiber (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Dary Ruiz-Rodriguez (Australian National University, Mount Stromlo Observatory, Canberra, Australia) oraz Alice Zurlo (Universidad Diego Portales & Universidad de Chile, Santiago, Chile).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) to międzynarodowy projekt badawczy realizowany we współpracy pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, przy udziale Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

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

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”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA

Kontakt

Lucas Cieza
Universidad Diego Portales
Santiago, Chile
Tel.: +56 22 676 8154
Tel. kom.: +56 95 000 6541
E-mail: lucas.cieza@mail.udp.cl

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