Разрушение протопланетного диска его тремя центральными звездами
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 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 в 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.
Группа астрономов, работающая на Очень Большом телескопе ESO (VLT), Интерферометре VLT (VLTI) и антенной решетке ALMA, которую ESO эксплуатирует на партнерских основаниях, исследовала GW Orionis, тройную звездную систему с необычной внутренней областью. В отличие от плоских протопланетных дисков, которые мы видим вокруг многих звезд, GW Ориона обладает искривленным диском, деформированным движениями тройной звезды в его центральной части. Эта анимация позволяет зрителю увидеть изогнутый диск и оторванное от него наклонное кольцо в живописных подробностях. Анимация основана на компьютерной модели внутренней области GW Ориона, построенной в процессе исследования; в модели удалось на основе наблюдательных данных воспроизвести трехмерные орбиты звезд и трехмерную форму диска.
Источник: пресс-релиз ESO
