Un disc deformat ciudat care formează o planetă înconjoară un trio îndepărtat de stele

Într-unul dintre cele mai complexe dansuri cosmice pe care astronomii le-au observat până acum, trei inele de gaz și praf înconjoară un trio de stele.

Sistemul stelar GW Orionis, situat la aproximativ 1.300 de ani lumină distanță, în constelația Orion, include o pereche de stele tinere blocate într-un do-si-do apropiat, cu o a treia stea care face bucle în jurul ambelor. În jurul tuturor celor trei stele este un disc rupt de praf și gaz, unde planetele s-ar putea forma într-o zi. Spre deosebire de discul plat care a dat naștere planetelor din sistemul nostru solar, discul lui GW Orionis este format din trei bucle, cu un inel din mijloc deformat și un inel interior și mai răsucit într-un unghi plin de zgomot față de celelalte două.

Geometria bizară a acestui sistem, primul cunoscut de acest gen, este raportată în două studii recente realizate de două grupuri de astronomi. Dar modul în care s-a format GW Orionis este un mister, cele două echipe oferind idei concurente pentru nașterea sistemului triplu-stele și inel.

Într-un studiu din 4 septembrie în Ştiinţă, astronomul Stefan Kraus de la Universitatea din Exeter din Anglia și colegii lor sugerează că remorcherele gravitaționale și cuplurile de la baletul cu trei stele au rupt și deformat discul primordial. Dar într-un studiu din 20 mai în Scrisori din jurnalul astrofizicJiaqing Bi de la Universitatea Victoria din Canada și colegii lor cred că o planetă nou-născută este de vină.

„Întrebarea este cum se formează de fapt astfel de sisteme”, spune fizicianul teoretician Giuseppe Lodato de la Universitatea din Milano, care nu a fost în nicio echipă. „Ar putea exista diferite mecanisme care ar putea face asta.”

Astronomii au văzut discuri înclinate de gaz și praf în jurul sistemelor de stele binare, dar nu și sisteme de mai mult de două stele (SN: 7/30/14). Aproximativ jumătate dintre stelele din galaxie au cel puțin un însoțitor stelar, iar planetele lor au adesea orbite înclinate în raport cu stelele lor, mergând mai mult ca o frânghie de sărit decât un Hula-Hoop (SN: 11/1/13). Acea nealiniere ar putea avea originea cu discul în care s-au născut planetele: dacă discul ar fi înclinat, planetele ar fi și ele.

În urmă cu aproximativ un deceniu, astronomii și-au dat seama pentru prima dată că GW Orionis are trei stele și un disc care formează planete, iar oamenii de știință s-au grăbit să privească mai îndeaproape. (La acea vreme, era imposibil de spus dacă acel disc era o singură buclă sau nu.) Echipa lui Bi și echipa lui Kraus au îndreptat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array din Chile către sistemul cu trei stele.

Ambele grupuri au observat trio-ul de stele: una de aproximativ 2,5 ori și alta de aproximativ 1,4 ori masa Soarelui, orbitând una în jurul celeilalte o dată la 242 de zile, și o altă stea cu masă solară de 1,4 care orbitează perechea interioară aproximativ la fiecare 11 ani.

Observațiile au relevat și trei inele distincte de praf și gaz care înconjoară stelele. Cel mai apropiat inel de trio-ul de stele se află de aproximativ 46 de ori distanța de la Pământ la Soare; cel din mijloc de aproximativ 185 de ori distanța Pământ-soare; iar inelul exterior de aproximativ 340 de ori această distanță. Pentru perspectivă, Neptun este de aproximativ 30 de ori distanța de la Pământ la Soare.

Echipele au descoperit că acel inel din interior este puternic dezaliniat în raport cu celelalte inele și stele. Grupul lui Kraus a adăugat observații de la Very Large Telescope al Observatorului European de Sud pentru a arăta umbra inelului interior din interiorul buclei din mijloc. Acea umbră a dezvăluit că inelul din mijloc este deformat, ridicându-se pe o parte și în jos pe cealaltă.

GW Orionis par din ALMA și SPHERE
Astronomii s-au uitat la GW Orionis cu telescopul ALMA (stânga, albastru) și instrumentul SPHERE de pe Very Large Telescope (dreapta, roșu), ambele în Chile. Observațiile ALMA au dezvăluit structura cu trei inele a discului, în timp ce imaginile SPHERE au arătat umbra proiectată de inelul cel mai interior, permițând oamenilor de știință să descrie formele deformate ale inelelor în detaliu.Imagine din stânga: ALMA/ESO, NAOJ, NRAO; Imagine din dreapta: ESO, S. Kraus et al, Univ. din Exeter

Apoi, ambele grupuri au efectuat simulări pe computer pentru a afla cum s-a format sistemul. Aici concluziile lor încep să difere, spune Bi. Echipa lui sugerează că o planetă nou formată, nedescoperită încă, și-a curățat orbita de gaz și praf, despărțind inelul interior de restul discului (SN: 7/16/19). Odată ce discul a fost împărțit, inelul interior a fost liber să se balanseze în jurul stelelor, stabilindu-se în aliniamentul său oblic.

Simulările echipei lui Kraus au descoperit însă că gravitația haotică din dansul orbital al stelelor triple a fost suficientă pentru a sparge discul, un fenomen numit ruperea discului. Fiecare stea tinde să mențină discul aliniat cu ea însăși, iar remorcherul a deformat și a tăiat discul și a răsucit și mai mult inelul interior. Studiile teoretice au sugerat că ruperea discului ar putea avea loc în mai multe sisteme stelare, dar aceasta este prima dată când este văzută în viața reală, susține Kraus.


De la astronomie la zoologie

Abonați-vă la Știri Științe pentru a vă satisface apetitul omnivor pentru cunoașterea universală.

Abonati-va

„Cred că este plauzibil că ar putea exista planete undeva în sistem, dar nu sunt necesare pentru a explica alinierea greșită”, spune el. „Nu trebuie să invocăm planete nedescoperite pentru a explica ceea ce vedem.”

Un trio de stele din GW Orionis sunt înconjurate de un disc enorm, deformat de gaz și praf, arată noi observații. Această animație, care se bazează pe simulări pe computer și pe date de observație, arată geometria complexă a discului deformat și rupt.

Diferența poate sta în ipotezele pe care le-au făcut grupurile despre proprietățile discului, în special vâscozitatea acestuia, spune astrofizicianul Nienke van der Marel, colegul lui Bi la Universitatea Victoria. Un disc mai vâscos s-ar rupe așa cum propun Kraus și colegii, dar un disc mai puțin vâscos are nevoie de o planetă pentru a se rupe, spune ea. Ea crede că munca echipei sale este mai realistă pe baza observațiilor altor sisteme stelare. Dar cu tehnologia actuală, nu există nicio modalitate de a spune cum sunt cu adevărat proprietățile discului lui GW Orionis.

Și niciun grup nu a putut explica ce a făcut discul să se împartă în trei. „Nu știm cu adevărat ce cauzează inelul exterior”, spune Klaus.

Lodato, care a prezis efectul de rupere a discului în 2013, crede că GW Orionis este dovada că fenomenul există cu adevărat. Pe atunci, Lodato și colegii erau „foarte îngrijorați” că simulările lor au arătat un efect care a fost introdus de calcule, nu de fizica reală, spune el. „Acum, observațiile ne spun că se întâmplă în realitate.”

Viitoarele telescoape ar putea, de asemenea, să repereze planeta dacă aceasta există, spune van der Marel.