Астрономія
Астрономія

Структуру диску молодої зірки Elias 2-27 пояснили гравітаційною нестійкістю

За допомогою телескопа ALMA астрономи проаналізували диск навколо молодого зоряного об’єкта Elias 2-27. Вони змогли оцінити масу диску та зірки, а також пояснили спіральну структуру системи гравітаційною нестійкістю, яка може бути першим кроком до утворення планетезималей і планет. Препринти двох статей (1, 2) надруковані на сайті arXiv.org.

B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Wikimedia Commons

B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Wikimedia Commons

На що може вказувати форма протопланетного диску?

Протопланетні диски навколо молодих зірок демонструють різноманітні структури у суцільному термічному випромінюванні від пилу. Спостереження та розуміння походження таких структур необхідні для визначення хімічних, фізичних та динамічних процесів у дисках. Кільця та розриви є найпоширенішими конструкціями у дисках, а у деяких системах можна спостерігати дуги і спіралі. Протопланетні диски утворюються в хаотичному середовищі молекулярних хмар і на ранніх стадіях вони є досить масивними, щоб мати вплив на еволюцію усієї системи. Самогравітація диска може впливати на його динаміку внаслідок поширення хвиль густини, що призводить до утворення одного або декількох спіральних рукавів. Ці хвилі густини вносять впливають кутову на формування планетезімалей, затримуючи пил у спіралях. Після цього регіони з надмірною густиною у спіралях фрагментуються, формуючи об’єкти. Оцінка маси диска є першим крок до розуміння цих процесів і походження спіральних структур у диках.

Яку систему вивчали астрономи?

Молодий зоряний об’єкт Elias 2-27 знаходиться на відстані близько 450 світлових років від Сонця у молекулярній хмарі Ро Змієносця. За оцінками, зірка належить до червоних карликів, а її вік сладає близько 800 тисяч років. Вона оточена незвичайно масивним протопланетним диском із двома спіральними рукавами, а на відстані 69 астрономічних одиниць від зірки розташовується розрив завширшки 14 астрономічних одиниць. Попередні дослідження припускали, що причиною утворення спіральних рукавів може бути гравітаційна нестійкість, однак у такий спосіб не можна пояснити розрив. Він, натомість, може бути утворений компаньйоном масою у 0,1 маси Юпітера. Щоб дізнатися більше про структури диску, дослідники проаналізували його за допомогою телескопа ALMA.

Важливість гравітаційної нестійкості для системи. B. Saxton NRAO, AUI, NSF

Важливість гравітаційної нестійкості для системи. B. Saxton NRAO, AUI, NSF

Про що вони дізналися?

За оцінками астрономів, маса диску становить 0,08 маси Сонця, а маса зірки 0,46 сонячної. Спіральна структура присутня в спостереженнях випромінювання пилу на різних довжинах хвиль і демонструє більш високий контраст за більшої довжини. Це вказує на зростання пилових зерен та захоплення пилу в рукавах спіралі. Крім того, аналіз спектрального індексу також виявляє спіральну морфологію, де вздовж спіралі значення спектрального індексу нижчі. Це також вказує на захоплення пилу, що є ключовою ознакою гравітаційної нестійкості, якої раніше не спостерігалося в інших системах зі спіральною структурою. Значення спектрального індексу також вказують на наявність великих зерен пилу в зовнішній частині диску. Астрономи припускають, що потрапляння матеріалу з навколишньої молекулярної хмари сприяє гравітаційній нестійкості в диску, яка, у свою чергу, формує його спіраль.

спектрального індексу
Залежність потоку випромінювання від його частоти