Studiul a peste 800 de discuri care formează planete dezvăluie o evoluție planetară uimitoare

Este sistemul nostru solar comparabil cu alte sisteme solare? Cum sunt celelalte sisteme? Știm din studiile asupra exoplanetelor că multe alte sisteme au Jupiteri fierbinți, giganți gazosi masivi care orbitează extrem de aproape de stelele lor. Este acest lucru normal, iar sistemul nostru solar este anormal?

O modalitate de a aborda aceste întrebări este să studiezi discurile care formează planete în jurul stelelor tinere pentru a vedea cum evoluează acestea.

Dar studierea unui eșantion mare din aceste sisteme este singura modalitate de a obține un răspuns.

Deci asta a făcut un grup de astronomi când au sondat 873 de discuri protoplanetare.

Masa este elementul critic al unui nou studiu al discurilor care formează planetele. Masa discului determină cantitatea de material disponibilă pentru formarea planetelor.

Măsurând masa discurilor din jurul stelelor tinere, astronomii pot constrânge masa totală a planetelor care s-ar putea forma acolo și se pot apropia de înțelegerea arhitecturii sistemului solar.

Noul studiu este „Orion Disk Survey with ALMA (SODA): I. Cloud-Level Demographics of 873 Protoplanetary Disks”. Este publicat în revistă Astronomie și astrofizicăiar autorul principal este Sierk van Terwisga, om de știință la Institutul Max Planck pentru Astronomie din Heidelberg, Germania.

„Până acum, nu știam cu siguranță care proprietăți domină evoluția discurilor care formează planete în jurul stelelor tinere”, a spus van Terwisga într-un comunicat de presă.

„Noile noastre rezultate indică acum că în medii fără influențe externe relevante, masa observată a discului disponibilă pentru a forma noi planete depinde doar de vârsta sistemului stea-disc”.

Masa de praf nu numai că le spune astronomilor masa planetelor care s-ar putea forma dintr-un disc. În funcție de vârsta discului, le-ar putea spune și astronomilor ce planete s-au format deja.

Dar alți factori afectează și masa discului, iar acești factori variază de la disc la disc. Lucruri precum vântul stelar și iradierea de la stelele din apropiere în afara discului pot afecta, de asemenea, masa.

Deci, cum au reușit cercetătorii să izoleze aceste efecte într-un eșantion atât de mare?

Ei s-au concentrat pe o regiune binecunoscută de discuri protoplanetare numită nor Orion A, care face parte din Complexul Orion Molecular Cloud (OMCC).

OMCC se află la aproximativ 1350 de ani lumină distanță și găzduiește bine studiată Nebuloasa Orion, o caracteristică pe care o pot vedea chiar și astronomii din curte.

(SE van Terwisga și colab./MPIA)

De mai sus: Această imagine arată norul gigant care formează stele Orion A observat de instrumentul SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) de la bordul telescopului spațial Herschel. Urmează distribuția pe scară largă a prafului rece. Orion A se află la aproximativ 1350 de ani lumină distanță și constă din regiuni individuale de formare a stelelor, așa cum este indicat de etichetele lor. Sunt afișate locațiile discurilor (+) care formează planete observate cu ALMA, în timp ce discurile cu mase de praf mai mari decât echivalentul a 100 de mase Pământului apar ca puncte albastre.

Álvaro Hacar este coautor al studiului și om de știință la Universitatea din Viena, Austria. „Orion A ne-a oferit un eșantion fără precedent de peste 870 de discuri în jurul stelelor tinere”, a spus Hacar. „A fost esențial să putem căuta mici variații ale masei discului în funcție de vârstă și chiar de mediile locale din interiorul norului”.

Acesta este un exemplu bun, deoarece toate discurile aparțin aceluiași nor. Aceasta înseamnă că chimia lor este consecventă și toți au aceeași poveste.

Orion Nebular Cluster (ONC) din apropiere găzduiește stele masive care ar putea afecta alte discuri, așa că echipa a respins toate discurile Orion A în termen de 13 ani lumină de ONC.

Măsurarea masei tuturor acestor discuri a fost dificilă. Echipa a folosit Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) pentru a observa praful. ALMA poate fi reglat la diferite lungimi de undă, astfel încât echipa a observat discuri tinere la o lungime de undă de 1,2 mm.

La această lungime de undă, praful este strălucitor, dar steaua este slabă, ceea ce ajută la eliminarea efectului stelei din fiecare disc. Deoarece observarea la 1,2 milimetri face observațiile insensibile la obiecte mai mari de câțiva milimetri – de exemplu, planete deja formate – măsurătorile echipei măsoară doar praful disponibil pentru a forma noi planete.

Măsurarea prafului fără interferența stelelor a fost un obstacol, dar cercetătorii au întâlnit un altul: datele.

Un studiu detaliat al aproape 900 de discuri protoplanetare creează o mulțime de date și toate aceste date trebuie procesate înainte de a avea vreo semnificație colectivă. Dacă echipa s-ar fi bazat pe metodele existente, ar fi durat aproximativ șase luni pentru a procesa toate aceste date.

În schimb, au dezvoltat propria lor metodă de a gestiona datele folosind procesarea paralelă. Ceea ce ar fi durat luni de zile a durat mai puțin de o zi. „Noua noastră abordare a îmbunătățit viteza de procesare cu un factor de 900”, a spus co-autorul Raymond Oonk.

Când au procesat datele, cercetătorii au descoperit că majoritatea discurilor conțineau doar 2,2 mase de praf Pământului. Doar 20 din cele aproximativ 900 de discuri au conținut suficient praf pentru 100 de Pământ sau mai mult.

„Pentru a căuta variații, am disecat norul Orion A și am analizat aceste regiuni separat. Mulțumită sutelor de discuri, subeșantioanele erau încă suficient de mari pentru a da rezultate semnificative statistic”, a explicat van Terwisga.

Cercetătorii au descoperit o oarecare variabilitate în masa de praf de disc în diferite regiuni ale lui Orion A, dar variațiile au fost minime. Efectul vârstei poate explica variațiile, potrivit autorilor. Pe măsură ce discurile îmbătrânesc, masa discului scade și grupurile de discuri de aceeași vârstă au aceeași distribuție de masă.

„Trebuie subliniat că diferențele dintre aceste clustere, depărtate pe cer, sunt mici și nesemnificative între ele și față de teren, chiar și în cele mai extreme cazuri”, scriu autorii în lucrarea lor. .

ScatterpointGraphOfYoungStarClustersInOrionA(Van Terwisga și colab., Astronomie și astrofizică, 2022)

De mai sus: Această figură arată cele șase grupuri de OSY cu masă mică și densitate scăzută din studiu. În ciuda distribuției lor largi în Orion A, discurile prezintă aceeași corelație masa-vârsta.

Este de așteptat ca, pe măsură ce discurile îmbătrânesc, masa lor de praf să scadă. Formarea planetară explică cea mai mare parte a acestei scăderi: ceea ce odată a fost praf devine planete.

Dar și alte efecte contribuie la pierderea de praf. Praful poate migra în centrul discului, iar iradierea de la steaua gazdă poate evapora praful.

Dar acest studiu întărește corelația dintre vârstă și pierderea de praf.

Rezultatele acestui studiu pot fi aplicate altor populații tinere de discuri stelare? Autorii au comparat rezultatele lor de la Orion A cu mai multe regiuni de formare stelare din apropiere cu discuri tinere.

Majoritatea, dar nu toate, se potrivesc cu pierderea de masă legată de vârstă observată în Orion A.

„În general, credem că studiul nostru demonstrează că cel puțin în următorii 1000 de ani-lumină, toate populațiile de discuri care formează planete prezintă aceeași distribuție de masă la o anumită vârstă. Și par să evolueze mai mult sau mai puțin în același mod.” spuse van Terwisga.

Cercetătorii au mai multă muncă decât și-ar dori să facă. Ei vor examina efectul pe care stelele mai mici îl pot avea la o scară mai mică de câțiva ani-lumină.

În acest studiu, au evitat efectul pe care stelele masive ONC îl pot avea pe discurile din apropiere. Dar stelele de fundal mai mici ar putea afecta discurile și ar putea explica unele dintre micile variații ale corelației vârstă-masă.

Vârsta stelei și a discului său, proprietățile chimice și dinamica norului părinte se combină cu masa pentru a picta o imagine mai clară a sistemului solar care provine de pe disc. Astronomii nu sunt capabili să preia astfel de date și să prezică ce fel de planete s-ar putea forma într-un anumit sistem solar.

Dar este remarcabil că corelația dintre vârsta discului și masa discului este puternică, chiar și pe structuri mari precum Orion A.

„Proprietățile remarcabil de omogene ale mostrelor de disc de aceeași vârstă sunt o descoperire surprinzătoare”, concluzionează autorii, iar rezultatele lor confirmă ceea ce au sugerat studiile și investigațiile anterioare.

„Acum, totuși, putem arăta că acest lucru se aplică unui număr mai mare de clustere YSO și YSO, care se formează în părți bine separate ale aceluiași nor gigant. Pentru prima dată, dimensiunea fără precedent a SODA (Survey of Orion Disks with Eșantionul de disc Alma) ne permite să mărim efectele gradienților de vârstă și grupării într-o singură regiune de formare a stelelor.”

Acest articol a fost publicat inițial de Universe Today. Citiți articolul original.

.

Leave a Comment