Hogyan tudná három vasgyűrű újradefiniálni a bolygó kialakulását

Háromgyűrűs szerkezet a csillagkörüli korong bolygóképző régiójában, ahol az ásványok és fémek a bolygó építőelemeinek tárházaként szolgálnak.

A Max Planck Csillagászati ​​Intézet (MPIA) csillagászaiból álló kutatócsoport háromgyűrűs bolygókeretet fedezett fel egy fiatal csillag belső bolygóképző korongjában. Ez a konfiguráció kettőt javasol Jupiter– A gyűrűk közötti résekben tömeges bolygók képződnek. A részletes elemzés összhangban van a bőséges szilárd vasszemcsékkel, amelyek kiegészítik a por összetételét. Ennek eredményeként a korong valószínűleg olyan ásványokat és fémeket tartalmaz, amelyek hasonlóak a Naprendszer földi bolygóin találhatóakhoz. Bepillantást enged a több mint négymilliárd évvel ezelőtti korai Naprendszerhez hasonló körülményekbe, amikor olyan sziklás bolygók keletkeztek, mint a Merkúr. Vénuszés a föld.

Három vasgyűrű egy bolygóképző korongban

A Föld és a Naprendszer eredete inspirálja a tudósokat és a közvéleményt egyaránt. A kutatók szülőbolygónk és a Naprendszer többi testének jelenlegi állapotának tanulmányozásával részletes képet alkottak arról, hogy körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt milyen körülmények között fejlődtek ki a csecsemő Napját körülvevő por- és gázkorongból.

Három gyűrű két bolygót jelez

A távoli égitesteket célzó csillag- és bolygóképződéssel kapcsolatos kutatások elképesztő előrehaladásának köszönhetően most feltárhatjuk a fiatal csillagokat körülvevő környezet viszonyait, és összehasonlíthatjuk azokat a korai naprendszerből származókkal. Az Európai Déli Obszervatórium használata (Eso) Nagyon nagy teleszkóp A VLTI-t a budapesti Konkoli Obszervatórium munkatársa, Varga József vezette nemzetközi kutatócsoport tette. Megfigyelték a HD 144432 jelű fiatal csillag bolygóalkotó korongját, körülbelül 500 fényévre.

Légifelvétel az Európai Déli Obszervatórium Very Large Telescope-járól (VLT) a Cerro Paranal tetején, az Atacama-sivatagban Chilében. A VLT interferométer (VLTI) négy távcső fényét egyesíti, lehetővé téve a távoli égi objektumok nagy felbontású képalkotását. Fotó: G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO

„A por eloszlásának tanulmányozásával a korong belső területén először fedeztünk fel egy olyan összetett szerkezetet, amelyben a por három koncentrikus gyűrűben halmozódik fel ilyen környezetben” – mondja Roy van Bokel. A németországi heidelbergi Max Planck Csillagászati ​​Intézet (MPIA) tudósa és a folyóiratban megjelent elsődleges kutatási cikk társszerzője. Csillagászat és asztrofizika. „Ez a régió megfelel annak a régiónak, ahol a sziklás bolygók kialakultak a Naprendszerben” – teszi hozzá Van Bokel. A Naprendszerhez képest a HD 144432 körüli első gyűrű a Merkúr pályáján belül van, a második pedig közel Marsegy utat. Ráadásul a harmadik gyűrű nagyjából megfelel a Jupiter pályájának.

Eddig a csillagászok többnyire nagyobb léptékben találtak ilyen képződményeket, amelyek megfelelnek az űrön kívül található világoknak. Szaturnusz A nap körül forog. A fiatal csillagokat körülvevő korongokban található gyűrűrendszerek általában azt jelzik, hogy a bolygók réseken belül alakultak ki, miközben a por és a gáz felhalmozódott útjukon. A HD 144432 azonban az első példa ilyen összetett gyűrűrendszerre, amely ilyen közel van gazdacsillagához. Porban gazdag területen fordul elő, amely a sziklás bolygók, például a Föld építőköve. Feltételezve, hogy a gyűrűk két bolygó jelenlétét jelzik a réseken belül, a csillagászok úgy becsülték, hogy tömegük nagyjából hasonló a Jupiteréhez.

A körülmények hasonlóak lehetnek a korai naprendszerhez

A csillagászok meghatározták a por összetételét a korongon a központi csillagtól való elválásig, ami megfelel a Jupiternek a Naptól való távolságának. Amit találtak, az nagyon ismerős azoknak a tudósoknak, akik a Földet és a Naprendszer kőzetbolygóit tanulmányozzák: különféle szilikátokat (szilícium-oxigén fémvegyületek) és más ásványokat, amelyek a földkéregben és a köpenyben találhatók, és talán fémvasat is találtak a Merkúron és a Földön. Magok. Ha megerősítik, ez a tanulmány lesz az első, amely vasat mutat ki egy bolygóképző korongban.

Ez az ábra a HD 144432 sematikus diagramja a VLTI-vel megfigyelt módon. Az adatok összhangban vannak a három koncentrikus gyűrű szerkezetével. A gyűrűk közötti hézagok általában azt jelzik, hogy a nagy bolygók por és gáz felszaporodásával jönnek létre a gazdacsillag körüli pályájukon. A szilikát ásványok főleg kristályok formájában léteznek a belső forró zónában. A VLTI visszacsatolás nem korlátozza a hideg külső lemezt. Hitel: © Varga J. et al. / MPIA

„Eddig a csillagászok a poros korongok megfigyelését szén és szilikát por keverékével magyarázták, olyan anyagokkal, amelyeket szinte mindenhol látunk az univerzumban” – magyarázza Van Bokel. Kémiai szempontból azonban a vas-szilikát keverék elfogadhatóbb a forró belső lemezterületeken. Valójában az a kémiai modell, amelyet Varga, az eredeti kutatási cikk vezető szerzője alkalmazott az adatokra, jobb eredményeket produkál, ha szén helyett vasat visznek be.

Továbbá a HD 144432-ben megfigyelt por hőmérséklete elérheti az 1800 K-t (körülbelül 1500 fokot). Celsius) a belső szélén és mérsékelt, 300 K (kb. 25 °C) külső hőmérséklet. A fémek és a vas újra megolvadnak és kondenzálódnak, gyakran kristályokká, a csillag közelében lévő forró területeken. Ezzel szemben a szénszemcsék nem élik túl a hőt, hanem szén-monoxid vagy szén-dioxid gázként léteznek. A szén azonban továbbra is fontos komponense lehet a hideg külső korong szilárd részecskéinek, amit a jelen tanulmány megfigyelései nem tudnak követni.

A vasban gazdag, szénszegény por is jól illeszkedik a naprendszer körülményeihez. A Merkúr és a Föld vasban gazdag bolygók, míg a Föld viszonylag kevés szenet tartalmaz. „Úgy gondoljuk, hogy a HD 144432 lemez nagyon hasonlít a korai Naprendszerhez, amely a ma ismert sziklás bolygók vasának nagy részét biztosította” – mondja van Bokel. „Tanulmányunk egy másik példa lehet arra, hogy naprendszerünk kialakulása meglehetősen jellemző lehet.”

Az interferometria megoldja az apró részleteket

Az eredmények visszakeresése csak a VLTI által biztosított kivételesen nagy felbontású megfigyelések révén volt lehetséges. Az Európai Déli Obszervatórium Paranal Obszervatóriumában található négy 8,2 méteres VLT-teleszkóp kombinálásával olyan részleteket tudnak megoldani, mintha a csillagászok egy 200 méteres elsődleges tükörrel ellátott távcsövet használnának. Varga, van Bokel és munkatársaik három műszerrel szerezték be az adatokat, hogy elérjék az 1,6 és 13 mikrométer közötti széles hullámhossz-lefedettséget, amely infravörös fényt jelent.

Az MPIA két műszerhez biztosított biotechnológiai elemeket, a GRAVITY és a Multi-Aperture Mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE) számára. Mattis egyik elsődleges célja a fiatal csillagok körüli bolygókat alkotó sziklás területek tanulmányozása. „A csillagok körüli protoplanetáris korongok belsejének vizsgálatával célunk a korongban található különféle ásványok eredetének feltárása – olyan ásványok, amelyek később a Földhöz hasonló bolygók szilárd összetevőit alkotják” – mondja Thomas Henning, az MPIA igazgatója és kutatója. A MATISSE eszköz PI résztvevője.

Az olyan interferométeres képeket azonban előállítani, mint amilyeneket az egyes távcsövekről szoktunk készíteni, nem egyszerű és időigényes. Az értékes megfigyelési idő leghatékonyabb felhasználása az objektumstruktúra megfejtésére, ha a ritka adatokat összehasonlítjuk a lehetséges célkonfigurációk modelljeivel. A HD 144432 esetében a háromgyűrűs szerkezet jobban reprezentálja az adatokat.

Mennyire gyakoriak a vasban gazdag bolygóképző korongok?

Úgy tűnik, hogy a Naprendszer mellett a HD 144432 egy másik példája a vasban gazdag környezetben kialakuló bolygóknak. A csillagászok azonban nem állnak meg itt. „Még van néhány ígéretes jelöltünk, akik arra várnak, hogy a VLTI közelebbről megvizsgálja” – mutat rá Van Bokel. A korábbi megfigyelések során a csapat számos korongot fedezett fel fiatal csillagok körül, amelyek olyan konfigurációkat jeleznek, amelyeket érdemes újra meglátogatni. A legmodernebb VLTI-eszközök segítségével azonban felfedik részletes szerkezetét és kémiáját. Végül a csillagászok tisztázhatják, hogy a bolygók jellemzően vasban gazdag porkorongokban alakulnak-e ki szülőcsillagaik közelében.

Hivatkozás: „Közép-infravörös bizonyíték vasban gazdag porra a HD 144432 belső többgyűrűs korongjában”, J. Varga, LBFM Waters, M. Hogerheijde, R. van Boekel, A. Matter, B. Lopez, K. Perraut, L. Chen, D. Nadella, S. Wolf, C. Dominik, Á. Cosbal, B. Abraham, J.-C. Augereau, P. Polly, J. Bordarot, A. Carati vagy Jarati, F. Cruz Saenz de Mira, W. C. Danchi, V. Gamez Rosas, Th. Henning, K.-H. Hoffman, M. Holley, J. W. Isbell, W. Jaffe, T. Juhász, V. Kekkemethy, J. Cobos, E. Kokulina, L. Labadie, F. Leco, F. Mellor, A. Moore, N. Morugao, E. Pantin, D. Schertel, M. Schick, L. Van Haester, J. Weigelt, J. Wells és B. Woytek, 2024. január 8. Csillagászat és asztrofizika.
doi: 10.1051/0004-6361/202347535

A tanulmányban részt vevő MPIA kutatók: Roy van Boekel, Marten Scheuck, Thomas Henning, Jacob W. Isbell, Kóspál Ágnes (szintén HUN-REN Csillagászati ​​és Földtudományi Kutatóközpont, Konkoli Obszervatórium, Budapest, Magyarország). [Konkoly]; CSFK, MTA Kiválósági Központ, Budapest, Magyarország [CSFK]; ELTE Eötvös Loránd Tudományegyetem, Budapest, Magyarország [ELTE]), Alessio Carati vagy Garatti (szintén INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Nápoly, Olaszország).

További részvényesek: J. Varga (Concoli; CSFK; Leideni Obszervatórium, Hollandia). [Leiden]), LBFM Waters (Radboud Egyetem, Nijmegen, Hollandia; SRON, Leiden, Hollandia), M. Hogerheijde (Leiden; Amszterdami Egyetem, Hollandia) [UVA]), a. Mater (Observatoire de la Côte d'Azur/CNRS, Nizza, Franciaország [OCA]), B. Lopez (OCA), K. Peru (Université Grenoble Alpes/CNRS/IPAG, Franciaország [IPAG]), L. Chen (Konkoly; CSFK), D. Nadella (Leiden), S. Wolf (Kieli Egyetem, Németország [UK]), C. Dominic (UVA), P. Abraham (Konkoli; CSFK; ELTE), J.-C. Augereau (IPAG), P. Boley (OCA), G. Bourdarot (Max Planck Földönkívüli Fizikai Intézet, Garching, Németország), F. Cruz-Saénz de Miera (Konkoly; CSFK; Toulouse-i Egyetem, Franciaország), W. C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), V. Gámez Rosas (Leiden), K.-H. Hoffmann (Max Planck Rádiócsillagászati ​​Intézet, Bonn, Németország [MPIfR]), M. Houllé (OCA), W. Jaffe (Leiden), Juhász T. (Konkoly; CSFK; ELTE), Kecskeméthy V. (ELTE), J. Kobus (Egyesült Királyság), E. Kokoulina (University of Liège, Belgium) OCA, L. Labadie (Kölni Egyetem, Németország), F. Lykou (Konkoly; CSFK), F. Millour (OCA), A. Moór (Konkoly; CSFK), N. Morujão (Universidade de Lisboa és Universidade do Porto, Portugália), E. Pantin (AIM, CEA/CNRS, Gif-sur-Yvette, Franciaország), D. Schertl (MPIfR), L. van Haastere (Leiden), G. Weigelt (MPIfR), J. Woillez (European Southern Observatory, Garching, Németország) ), P. Woitke (Űrkutatási Intézet, Osztrák Tudományos Akadémia, Graz, Ausztria), MATISSE and GRAVITY Collaborations