Karkoli odraščamo, mislimo, da je normalno. Naša ena sama rumena zvezda se nam zdi normalna, s planeti, ki krožijo okoli iste, poravnane ekliptike. Toda večina zvezdnikov ni sama; večina je v binarnih razmerjih. Nekateri so v sistemih s tremi zvezdicami.
In diski, ki tvorijo planete okoli teh sistemov s tremi zvezdicami, lahko kažejo nekaj napačno oblikovanih orbit.
Dve skupini astronomov, ki uporabljata Atacama Large Millimeter/sub-milimeter Array (ALMA), sta preučili mlad sončni sistem, imenovan GW Orionis (GW Ori), ki vsebuje tri zvezde. Ugotovili so, da so orbite mladih, še nastajajočih planetov v tem sistemu čudne in napačne. Njihove orbite so precej drugačne od planetov v našem lastnem Osončju.
Prva študija, ki predstavlja te ugotovitve, je naslovljena » GW Ori: Interakcije med sistemom s trojnimi zvezdicami in njegovim krožnim trojnim diskom v akciji .” Objavljena je v The Astrophysical Journal Letters, glavni avtor pa je Jiaqing Bi z univerze Victoria v Kanadi.
Druga študija ima naslov » Sistem s tremi zvezdicami z neusklajenim in izkrivljenim okrogzvezdnim diskom, oblikovanim s trganjem diska .” Glavni avtor je Stefan Kraus z Univerze v Exeterju v Združenem kraljestvu. Objavljena je v reviji Science.
GW Orionis je sistem treh zvezd, oddaljen približno 1310 svetlobnih let. Vse tri zvezde v sistemu so zvezde T-Tauri, stare manj kot 10 milijonov let, kar je za zvezde zelo mlado. Kot taki se planeti v sistemu še vedno oblikujejo znotraj debelega obroča prahu. ALMA ima zmožnost pokukati v ves ta prah in opazovati, kako se sistem oblikuje.
Ta grafikon prikazuje lokacijo trojnega sistema GW Orionis v ozvezdju Orion (The Hunter). Zemljevid vključuje večino zvezd, ki so v dobrih pogojih vidne s prostim očesom, lokacija GW Orionisa pa je označena z rdečo piko.
Zasluge: NRAO/AUI/NSF, IAU, Sky & Telescope
Znotraj sistema GW Ori orbite planetov niso poravnane z orbitami zvezd. Te krive orbite se začnejo v protoplanetarni diski ki povzročajo planete. Znanstveniki upajo, da bodo s preučevanjem teh ukrivljenih diskov okoli več zvezdnih sistemov izvedeli več o procesu oblikovanja planetov.
GW Ori je kompleksen sistem z dvema notranjima zvezdama in eno zunanjo zvezdo. Dve notranji zvezdi, imenovani GW Ori A in GW Ori B, krožita druga okoli druge na razdalji približno 1 astronomsko enoto. Zunanja zvezda, GW Ori C, kroži okoli dveh notranjih zvezd na razdalji približno 8 au.
DUŠA opazovanja so pokazala tri ločene obroče v masivnem disku, ki tvori planet GW Orija. Vsak od treh ima drugačno orientacijo. Od centra so približno 46, 185 in 340 au. Notranji obroč je neusklajen glede na druga dva in glede na same zvezde. Zunanji obroč je vreden pozornosti, ker je najbolj oddaljen od svoje zvezde pri 340 au. V našem Osončju je zunanji planet Neptun le približno 30 au od Sonca. Tudi diski vsebujejo veliko prahu. Bi-jeve ekipe pravijo, da imajo diski ocenjene mase prahu 74, 168 oziroma 245 zemeljskih mas.
ALMA je prvič opazila napačno orbito v GW Ori že leta 2017. Nadaljnja opazovanja so potrdila zasukano orbito. 'Bili smo presenečeni, ko smo videli močno neusklajenost notranjega obroča,' je dejal Jiaqing Bi v izjava za javnost . 'Toda nenavadno deformacijo diska potrjuje zvit vzorec, ki ga je ALMA izmerila v plinu diska.'
Številka iz študije, ki jo je vodil Jiaquing Bi. Poudarja zasuk, ki ga opazimo pri plinu v sistemu GW Ori. Zasluge za sliko: Bi et al, 2020.
Druga raziskovalna skupina, ki jo vodi Stefan Kraus z Univerze v Exeterju, je uporabila ALMA in ESO-jev zelo velik teleskop (VLT) za opazovanje sistema GW Ori. Pravijo, da senca, ki jo meče notranji obroč na zunanji disk. Našli so tudi topel plin na notranjem robu nenavadno oblikovanega obroča.
»Na naših slikah vidimo senco notranjega obroča na zunanjem disku. Hkrati nam je ALMA omogočila, da izmerimo natančno obliko obroča, ki meče senco. Združevanje teh informacij nam omogoča, da izpeljemo 3-dimenzionalno orientacijo neusklajenega obroča in ukrivljene površine diska,« je dejal Kraus v istem izjava za javnost .
ALMA, pri kateri je ESO partner, in instrument SPHERE na ESO-jevem zelo velikem teleskopu sta posnela GW Orionis, sistem trojnih zvezd s posebno notranjo regijo. Za razliko od ploščatih diskov, ki tvorijo planet, ki jih vidimo okoli številnih zvezd, ima GW Orionis ukrivljen disk, ki je deformiran zaradi gibanja treh zvezd v njegovem središču. Ta sestavljena slika prikazuje opazovanja diska ALMA in SPHERE. Slika ALMA prikazuje obročasto strukturo diska, pri čemer je najbolj notranji obroč (del je viden kot podolgovata pika v samem središču slike) ločen od preostalega dela diska. Opazovanja SPHERE so astronomom omogočila, da so prvič videli senco tega najbolj notranjega obroča na preostalem delu diska, kar jim je omogočilo rekonstrukcijo njegove ukrivljene oblike. Zasluge za sliko: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.
Tri zvezde in njihove orbite igrajo ključno vlogo pri oblikovanju orbit planetov. Astronomi jih na različnih valovnih dolžinah opazujejo že 11 let. To zajema celotno orbitalno obdobje.
Tistih 11-letnih opazovalnih podatkov je pokazalo, da zvezde niso med seboj poravnane in tudi z diskom. Bi-jeva ekipa v svojem prispevku pojasnjuje, da 'binarno A-B in komponento C lahko dinamično gledamo kot binarno AB-C. Ekscentričnost krožnega diska se lahko poveča z resonančnimi interakcijami z binarnim.' V prispevku Krausove ekipe avtorji pišejo, da sta 'orbite notranjega para (A-B) in terciarne (AB-C) nagnjene druga od druge za 13,9 ± 1,1 stopinje'
'To se je izkazalo za ključnega pomena za razumevanje, kako zvezde oblikujejo disk,' je dejal član ekipe John Monnier z Univerze v Michiganu.
Shematski diagram iz raziskave ekipe Bi, ki prikazuje predlagano geometrijo sistema. Orbitalne ravnine binarne AB-C (rdeča), notranji prašni obroč (oranžna), reža med notranjim in srednjim prašnim obročem (bele pike), srednji prašni obroč (zelena) in zunanji prašni obroč (modra) so označene navzven. Leva plošča je pogled v nebo, na desni plošči pa je binarna plošča z robom. Velikost komponent diska ni v merilu. Zasluge za sliko: Bi et al, 2020.
Obe raziskovalni skupini sta se nato obrnili na računalniške simulacije za podrobno preiskavo sistema in kaj natančno povzroča te napačne orbite.
Vsaka ekipa je dosegla svoje rezultate.
Predstavitev strukture diska in zvezdne orbite trojnega sistema GW Orionis, kot izhaja iz opazovanj ALMA in VLT Krausa et al. Oranžni obroči so (napačno poravnani) obroči, ki jih vidi ALMA. Prosojne površine ustrezajo prašnim filamentom z manjšo gostoto, ki povezujejo obroče in prevladujejo pri emisiji v razpršeni svetlobi.
Credit: Kraus et al., 2020; NRAO/AUI/NSF
Za Krausa in njegovo ekipo so simulacije pokazale, da je v GW Ori v igri 'učinek trganja diska'. Kaže, da lahko gravitacijska sila treh zvezd, ki krožijo v svojih različnih ravninah, upogne in zlomi diske. Ko se tri zvezde premikajo po svojih neusklajenih orbitah, plimovanje razbije okrogzvezdni disk na tri različne, predhodni obroči . 'Naši rezultati kažejo, da se trganje diska pojavlja v mladih sistemih z več zvezdami in da je to izvedljiv mehanizem za proizvodnjo ukrivljenih diskov in neusklajenih diskovnih obročev, ki lahko precisirajo okoli notranjega dvojičnega sistema,' pišejo v svojem prispevku.
Kraus in njegovi sodelavci tudi pravijo, da lahko učinek trganja diska spodbudi nastanek planeta. 'S transportom materiala iz ravnine diska bi učinek trganja diska lahko zagotovil mehanizem za oblikovanje planetov na poševnih ali retrogradnih orbitah (krožijo v nasprotni smeri).
na orbitalno os in/ali rotacijske osi zvezd),« pišejo.
Toda ekipa Jiaquing Bi je prišla do drugačnega zaključka: prisotnost nevidnega planeta.
'Menimo, da je prisotnost planeta med temi obroči potrebna za razlago, zakaj je bil disk raztrgan.'
Članica ekipe Nienke van der Marel z univerze Victoria.
Bi-jeva ekipa pravi, da so notranji, srednji in zunanji obroči verjetno neusklajeni za ~ 11, 35 in 40 stopinj glede na orbitalno ravnino binarnega sistema GW Ori AB-C. Njihove simulacije so pokazale, da gravitacija zvezd ni dovolj za razlago neusklajenosti med notranjim in srednjim obročem. 'Naše simulacije kažejo, da gravitacijska sila samo trojnih zvezd ne more razložiti opažene velike neusklajenosti. Menimo, da je prisotnost planeta med temi obroči potrebna za razlago, zakaj je bil disk raztrgan,« je povedala članica ekipe Nienke van der Marel z univerze Victoria. 'Ta planet je verjetno izrezal režo za prah in zlomil disk na mestu trenutnih notranjih in zunanjih obročev,' je dodala.
Zanimivo je, da Kraus in njegova ekipa ne izključujejo planeta kot vzroka. 'Notranji obroč vsebuje dovolj prahu za izgradnjo 30 zemelj, kar zadostuje za nastanek planeta v obroču.' Pravzaprav vsak od prašnih obročev vsebuje dovolj materiala za jedra več planetov velikanov.
ALMA slike diska, ki tvori planet, z napačno poravnanimi obroči okoli trojnega zvezdnega sistema GW Orionis. Slika na desni je narejena s podatki ALMA, posnetimi leta 2017 od Bi et al. Slika na levi je narejena s podatki ALMA, posnetimi leta 2018 od Krausa et al.
Zasluge: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Kraus & J. Bi; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Za zdaj še vedno obstaja negotovost glede sistema GW Ori. Eno od vprašanj se nanaša na neopažene spremljevalce na disku.
'Izkazalo se je, da so prašni obroči in vrzeli pogosti v protoplanetarnih diskih, ena najbolj vznemirljivih hipotez pa je, da jih proizvajajo vgrajeni spremljevalci, ki segajo od zvezdne mase pa vse do super-zemelj,' piše Bi in njeni sodelavci. njihov papir. »Natančneje, spremljevalec morda odpira vrzel med notranjim in srednjim obročem in tam zlomi disk. Spremljevalce na stotine astronomskih enot iz njihovih gostiteljskih zvezd so že našli.'
Če obstaja neviden spremljevalec, je njegov nastanek in migracijski procesi nejasni. In če astronomi najdejo enega v sistemu, bo najprej drugega. »Če so obroči prahu GW Orija v procesu oblikovanja spremljevalcev, bodo obstajali okrogli trojni spremljevalci, ki jih prej še nismo našli (razen štirikratnih sistemov). Sistem bo ponudil neposredne namige o oblikovanju oddaljenih spremljevalcev,« piše Bi s sodelavci.
Več:
- Izjava za javnost: ALMA odkriva napačno poravnane obroče v disku, ki tvori planet okoli trojnih zvezd
- raziskave: GW Ori: Interakcije med sistemom s trojnimi zvezdicami in njegovim krožnim trojnim diskom v akciji
- raziskave: Sistem s tremi zvezdicami z neusklajenim in izkrivljenim okrogzvezdnim diskom, oblikovanim s trganjem diska
- Vesolje danes: Več slik diskov, ki tvorijo planete okoli mladih zvezd
