Astronomowie odkryli gigantyczną egzoplanetę ukrytą w wirującym dysku gazu i pyłu otaczającym młodą gwiazdę.
Dysk protoplanetarny wokół MP Mus. Źródło: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/A. Ribas i inn
Wcześniejsze obserwacje tej gwiazdy, zwanej MP Mus, sugerowały, że jest ona samotna, bez żadnych planet na orbicie, a otoczona jest niepozorną chmurą gazu i pyłu.
Jednak ponowna analiza gwiazdy, wykorzystująca połączenie wyników z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz misji Gaia, sugeruje, że gwiazda ta wcale nie jest sama.
Międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Cambridge, wykrył dużego gazowego olbrzyma w dysku protoplanetarnym tej gwiazdy: przypominającą naleśnik chmurę gazów, pyłu i lodu, w której rozpoczyna się proces planetotwórczy. To pierwszy przypadek wykrycia egzoplanety przez sondę Gaia w dysku protoplanetarnym. Wyniki, opublikowane w Nature Astronomy, sugerują, że podobne metody mogą być przydatne w poszukiwaniu młodych planet wokół innych gwiazd.
Badając, jak powstają planety w dyskach protoplanetarnych wokół młodych gwiazd, naukowcy mogą dowiedzieć się więcej o ewolucji naszego Układu Słonecznego. W procesie znanym jako akrecja jądra, grawitacja powoduje, że cząsteczki w dysku przylegają do siebie, tworząc ostatecznie większe ciała stałe, takie jak planetoidy czy planety. W miarę formowania się młodych planet, zaczynają one żłobić szczeliny w dysku, niczym rowki na płycie winylowej.
Jednak obserwacja tych młodych planet jest niezwykle trudna ze względu na zakłócenia ze strony gazu i pyłu w dysku protoplanetarnym. Do tej pory dokonano tylko trzech wiarygodnych detekcji młodych planet w dysku protoplanetarnym.
Dr Álvaro Ribas z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Cambridge, który kierował badaniami, specjalizuje się w badaniu dysków protoplanetarnych. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy tę gwiazdę, gdy dowiedzieliśmy się, że większość dysków ma pierścienie i przerwy, i miałem nadzieję znaleźć struktury wokół MP Mus, które mogłyby wskazywać na obecność planety lub planet – powiedział.
Z pomocą ALMA, Ribas obserwował dysk protoplanetarny wokół MP Mus (PDS 66) w 2023 roku. Wyniki pokazały, że młoda gwiazda jest pozornie samotna we Wszechświecie. Otaczający ją dysk nie wykazywał żadnych luk, w których mogłyby formować się planety, a jego powierzchnia była całkowicie płaska i pozbawiona cech szczególnych.
Nasze wcześniejsze obserwacje wykazały istnienie nudnego, płaskiego dysku – powiedział Ribas. Ale wydawało nam się to dziwne, ponieważ dysk ma od siedmiu do dziesięciu milionów lat. W dysku w tym wieku spodziewalibyśmy się śladów formowania się planet.
Teraz Ribas i jego koledzy z Niemiec, Chile i Francji dali MP Mus kolejną szansę. Ponownie, korzystając z ALMA, obserwowali gwiazdę w zakresie 3 mm, czyli na dłuższej fali niż podczas wcześniejszych obserwacji, co pozwoliło im zajrzeć głębiej w dysk.
Nowe obserwacje ujawniły wnękę blisko gwiazdy i dwie przerwy dalej, które nie były widoczne podczas wcześniejszych obserwacji, co sugeruje, że MP Mus może jednak nie być sama.
W tym samym czasie Miguel Vioque, naukowiec z Europejskiego Obserwatorium Południowego, odkrył kolejny element układanki. Korzystając z danych z Gai, odkrył, że MP Mus chwieje się.
Moją pierwszą reakcją było przekonanie, że popełniłem błąd w obliczeniach, ponieważ wiadomo było, że MP Mus ma dysk pozbawiony cech szczególnych – powiedział Vioque. Zrewidowałem swoje obliczenia, gdy zobaczyłem wkład Álvaro prezentujący wstępne wyniki badań nowo odkrytej wewnętrznej wnęki w dysku, co oznaczało, że obserwowane przeze mnie drgania były rzeczywiste i prawdopodobnie spowodowane formującą się planetą.
Bazując na połączonych danych z Gaia i ALMA, a także modelowaniu komputerowym, naukowcy twierdzą, że przyczyną kołysania jest najprawdopodobniej gazowy olbrzym – o masie mniejszej niż dziesięć mas Jowisza – krążący wokół gwiazdy w odległości od jednej do trzech jednostek astronomicznych.
Nasze modelowanie pokazało, że umieszczenie olbrzymiej planety wewnątrz nowo odkrytej wnęki może również wyjaśnić sygnał Gai – powiedział Ribas. A wykorzystanie dłuższych fal w obserwacjach z ALMA pozwoliło nam dostrzec struktury, których wcześniej nie mogliśmy dostrzec.
To pierwszy przypadek pośredniego odkrycia egzoplanety ukrytej w dysku protoplanetarnym – poprzez połączenie precyzyjnych danych o ruchu gwiazd z sondy Gaia z głębokimi obserwacjami dysku. Oznacza to również, że w innych dyskach może znajdować się wiele innych ukrytych planet, czekających na odkrycie.
Uważamy, że to może być jeden z powodów, dla których trudno jest wykryć młode planety w dyskach protoplanetarnych, ponieważ w tym przypadku potrzebowaliśmy jednocześnie danych z ALMA i Gai – powiedział Ribas. Dłuższa długość fali ALMA jest niezwykle użyteczna, ale obserwacja na tej długości wymaga więcej czasu na teleskopie.
Ribas twierdzi, że nadchodzące ulepszenia ALMA, a także przyszłe teleskopy, takie jak next generation Very Large Array (ngVLA), mogą zostać wykorzystane do głębszej analizy większej liczby dysków i lepszego zrozumienia ukrytej populacji młodych planet, co z kolei może pomóc nam dowiedzieć się, jak mogła powstać nasza planeta.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
