Milyen hatással van egy fiatal csillag bolygója a porkorongra?

2986

A CI Tauri nevű fiatal csillagnak a feltételezések szerint van egy nagy tömegű bolygója, amely közelebb kering hozzá, mint a Merkúr a Naphoz. A legújabb megfigyelések azonban erős sugárzást fedtek fel a csillag körüli gáz- és porkorongból – abból a gázból és porból, amelynek el kéne tűnnie, ha lenne ott egy bolygó. Vajon adhat magyarázatot a csillagászat a zavarba ejtő eredményekre?

Művészi illusztráció egy csillag protoplanetáris korongjában kialakuló gázóriásról. (Forrás: NASA/JPL/Caltech/R. Hurt)

A CI Tauri mindössze 2 millió éves, de már rendelkezik egy 12 jupitertömegű bolygóval, a CI Tau b-vel, amely csak 0,08 csillagászati egységre kering tőle, és három másik óriásbolygóval, amelyek több tíz csillagászati egység távolságra bujkálnak a csillag korongjában. Érdekes módon a csillagrendszer spektrális energiaeloszlásán nem látszik a közelben lévő, nagy tömegű bolygóra utaló tipikus jel: a meleg gáz és por által keltett közeli infravörös emisszió csökkenése.

A protoplanetáris korongok 1 és 10 μm közötti hullámhosszú sugárzásának nagy része a csillaghoz közeli anyagból származik, ezért ha ebben a tartományban csökkenést látunk a sugárzásban, az általában annak a jele, hogy egy bolygó igyekszik minél több gáz és port magára szedni, és kisöpörni magának egy rést a korongban. A CI Tauri megfigyelései viszont arra utalnak, hogy egy bolygó anélkül is jelen lehet a rendszerben, hogy módosítana a közeli infravörös emisszión. Ennek ellenőrzésére Dhruv Muley és Ruobing Dong (University of Victora, Kanada) hidrodinamikai és sugárzás-átviteli modellezést alkalmazott, hogy megtudják, milyen esetben befolyásolja a rendszer spektrális energiaeloszlását egy közeli bolygó.

A CI Tauri kontinuum megfigyeléseinek szintetizált képe, amely három rést fed fel a korongban a csillagtól 10 és 100 csillagászati egység közötti távolságban. A kiemelt kép a legbelső, 0,35 ívmásodperces gyűrűt mutatja nagyobb felbontásban. (Forrás: Clarke et al. 2018)

A kutatók először bolygók nélkül modellezték a korong viselkedését oly módon, hogy a lehető legjobban egyezzen a CI Tauriról végzett megfigyelésekkel. Ezután hozzáadtak a szimulációhoz egy CI Tau b méretű bolygót, és megvárták, amíg vág egy sávot magának a korongon. Csak ezután hasonlították össze az eredményeket a lehetséges pályák és excentricitások megismeréséhez. Az összehasonlítások azt mutatták, hogy az elliptikusabb pályán mozgó bolygók szélesebb rést vágnak maguknak, mivel nagyobb tartományban képesek anyagot gyűjteni, a résben maradó anyag ilyenkor azonban sűrűbb, mint ha közel körpályán mozgó bolygóval lenne dolgunk.

Szimuláció olyan bolygóval (kisebb fehér kör), amelynek 0,4 a pályaexcentricitása. A színek a részecskesűrűséget jelzik, a pontvonalak pedig azt a területet mutatják, ahol a bolygó anyagot szívhat magába. (Forrás: AAS Nova, Muley & Dong 2021)
 

A kutatók ezután hidrodinamikai szimulációkkal hozták létre minden egyes konfiguráció spektrális energiaeloszlását. Arra jutottak, hogy egy bolygó, amely a CI Tau b-hez hasonlóan 0,08 csillagászati egység távolságra van a csillagtól, nem szakíthat ki annyi anyagot a korongból, hogy létrejöjjön az árulkodó jel a közeli infravörös sugárzásban, függetlenül az excentricitástól, ez pedig összhangban áll a megfigyelésekkel.

A csillagtól egy kissé távolabb – mondjuk 0,26 vagy 0,4 csillagászati egységre – lévő, a CI Tau b-hez hasonló méretű bolygó jelenlétéről a spektrális energiaeloszlás árulkodik. A távolabbi bolygók eléggé elhasználják a korong anyagát ahhoz, hogy csökkentsék az 1 és 10 μm közötti emissziót, és elég széles rést vájnak ki maguknak ahhoz, hogy érzékelhessük a rés forró belső szélét, ami pedig a 10 és 100 μm közötti hullámhossztartomány kibocsátást növeli.

Szimulált spektrális energiaeloszlás a bolygó keringési távolságának (ap-vel jelölve) és excentricitásának (ep, különböző színekkel jelölve) függvényében. (Forrás: Muley & Dong 2021)

A szimulációk azt mutatják, hogy egy közeli bolygó jelenléte nem áll ellentétben a CI Tauri spektrális energiaeloszlásával, és általánosságban elmondható, hogy a tipikus bolygójellemzők hiánya nem feltétlenül jelenti azt, hogy nincsenek bolygók. Mivel a protoplanetáris korongok tanulmányozására az egyik leghatékonyabb módszer a spektrális energiaeloszlás vizsgálata, fontos megértenünk a működésüket, hogy megbízhassunk az értelmezéseinkben.

Az eredményeket ismertető tanulmány a The Astrophysical Journal Letters folyóiratban jelent meg.

Forrás: AAS Nova

Hozzászólás

hozzászólás