Астрономи змоделювали зоряну систему GW Оріона, яка складається із трьох зірок, та дійшли висновку, що різниця нахилів їхніх газопилових дисків може свідчити про планету. Так навколо всіх трьох зір може обертатися газовий гігант, що і спричиняє розрив між дисками розміром у сотню астрономічних одиниць. Своє дослідження вчені опублікували у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Газопилові кільця GW Оріона. Джерело: ESO/L. Calçada, Exeter/Kraus et
Що це за зоряна система?
Система GW Оріона – це система із трьох зірок, що знаходиться від нас на відстані у 408 парсек (більше ніж 1200 світлових років). Вона складається із двох зірок із масами у 2,8 та 1,7 маси Сонця, які обертаються навколо спільного центру мас на відстані у одну астрономічну одиницю, та ще однієї зірки масою у 1,2 сонячної, що обертається навколо цієї пари по трохи витягнутій орбіті на середній відстані у вісім астрономічних одиниць. При цьому усі три обертаються практично в одній площині.
Це дуже молода система, вік якої складає усього мільйон років, тож цілком логічно зустріти у ній велику кількість пилу та газу. У 2017 році у системі було відкрито широчезний пиловий диск, який ніби складається із трьох кілець, що вкладені одне в одне. І до того ж їхній нахил як відносно площини обертання зірок системи, так і відносно одне до одного — різні.
Внутрішнє кільце розташоване на відстані від 37 до 56 астрономічних одиниць від центру системи. Його масу оцінюють у 74 маси Землі, а нахил до площини обертання зірок системи становить 11 градусів. Середнє кільце розташоване на відстані від 154 до 222 астрономічних одиниць від центру системи. Його масу оцінюють у 168 мас Землі, а нахил до площини обертання зірок становить 35 градусів. Зовнішнє кільце розташоване на відстані від 270 до 404 астрономічних одиниць від центру системи. Його масу оцінюють у 245 мас Землі, а нахил до площини обертання зірок становить 40 градусів.
Неважко помітити, що із цих трьох кілець внутрішнє лежить практично у площині обертання зірок системи, у той час, як площини двох інших сильно нахилені відносно цієї площини, але між собою достатньо близькі. Чому це так, спробували за допомогою комп’ютерної моделі розібратися дослідники з Університету Невади.
Як змоделювали цю систему?
Головну складність у моделюванні системи GW Оріона складає те, що це потрійна система. Тому вчені припустили, що взаємне обертання двох внутрішніх компонент системи не впливає на поведінку часток у зовнішньому диску. Так вони розробили дві прості моделі. Перша являла собою повну копію трьох тіл системи GW Оріона, а у другій дві внутрішні зірки були замінені однією еквівалентної маси. У кожній із моделей також були присутні частинки, які оберталися на відстанях у 47, 188, 337 та 100 астрономічних одиниць. Перші три відстані відповідають серединам трьох газопилових кілець, а третя – великому проміжку між внутрішнім та середнім кільцем. Моделювання показало, що частинки в обох моделях поводять себе майже ідентично. Тобто обертання двох внутрішніх зірок дійсно не має особливого впливу на еволюцію системи.
На основі цього висновку побудували 1 моделей системи GW Оріона як бінарної системи, у дев’яти із яких варіювалися товщина, густина, початкові діаметри, нахил та взаємодія часток у диску. Ще у двох моделях на тому місці, де у системі GW Оріона спостерігається великий проміжок між кільцями, було розташовано планету із масою, що дорівнює масі Юпітера. Моделі містили у собі мільйони частинок, які утворювали єдиний диск, площина якого при цьому не збігалися із площиною обертання зірок системи. Так з'ясувалося, що в описаній системі і площина обертання зірок, і площина диску починають зазнавати прецесії — зміни осі обертання. При чому періоди цих двох прецесій не збігалися. Інакше кажучи, вісі системи двох зірок та диску починають хитатися незалежно одна від одної.
Але руйнування диску, яке призвело до появи трьох чи хоча б двох незалежних кілець, при цьому не відбувалося у жодній із дев’яти основних моделей. А ось у двох моделях, містили у собі планету, таке розділення відбулося. Планета змогла утримати вільним від часток проміжок між двома кільцями й забезпечити розділення диску на кілька кілець, площини яких не збігалися так, що це було досить схоже на ситуацію, що спостерігається у реальності.
Чи дійсно там є планета?
Планета впливає на поведінку газопилового диска цікавим способом. Так само як і орбіти зірок, а також орбіти часток у дисках, її орбіта зазнає прецесії. При цьому ця прецесія не збігалися ані із прецесією дисків, ані із прецесією зірок. Період прецесії орбіти планети ніби знаходиться посередині між ними, і тому вона деформує внутрішню частину диску, намагаючись наблизити його площину до площини обертання зірок. При цьому площина обертання планети змінюється занадто швидко, щоб вона втрималася у диску, тож вона час від часу вилітає із нього. А оскільки диски є достатньо ексцентричними, то повертається вона до нього вже у новому місці й починає змінювати нахил обертання часток вже там. Саме це і може пояснити існування у системі GW Оріона аж трьох кілець, що не лежать в одній площині.
Втім, автори зазначають, що виявити планету із вищевказаними параметрами на сьогоднішньому етапі розвитку астрономії вкрай важко. Навіть такі великі планети як газові гіганти зазвичай спостерігають на відстанях усього у декілька астрономічних одиниць, а GW Оріона може приховувати об’єкт, що обертається на відстані всього у сотню астрономічних одиниць.