Dôkaz o obrovskom náraze do blízkeho hviezdneho systému oddeľujúceho atmosféru od planéty

Takéto planetárne smashupy sú bežné v mladých slnečných sústavách, ale neboli priamo pozorované.

Mladé planetárne systémy zvyčajne pociťujú extrémne bolesti pri raste, keď sa detské telá zrážajú a vytvárajú postupne väčšie planéty. V našej vlastnej slnečnej sústave sa predpokladá, že Zem a Mesiac sú produktmi tohto typu obrovského nárazu. Astronómovia predpovedajú, že takéto smashupy by mali byť bežné v skorých systémoch, ale bolo ťažké ich pozorovať okolo iných hviezd.

teraz astronómovia s, National University of Ireland Galway, University of Cambridge a inde objavili dôkazy o obrovskom dopade v blízkom hviezdnom systéme, len 95 svetelných rokov od Zeme. Hviezda s názvom HD 172555 je stará asi 23 miliónov rokov a vedci majú podozrenie, že jej prach obsahuje stopy nedávnej kolízie.

Tím pod vedením MIT zaznamenal ďalšie dôkazy o obrovskom dopade okolo hviezdy. Zistili, že ku kolízii pravdepodobne došlo najmenej pred 200 000 rokmi medzi pozemskou planétou veľkosti Zeme a malým impaktorom pri rýchlosti viac ako 10 kilometrov za sekundu alebo 22 000 míľ za hodinu.

Dôležité je, že detekovali plyn, čo naznačuje, že takýto vysokorýchlostný dopad odfúkol časť atmosféry väčšej planéty – čo je dramatická udalosť, ktorá by vysvetlila pozorovaný plyn a prach okolo hviezdy. Závery, ktoré sa objavujú dnes Príroda, predstavujúci prvú identitu svojho druhu.

„Je to prvýkrát, čo sme pri obrovskom dopade zistili tento fenomén skrátenej protoplanetárnej atmosféry,“ hovorí hlavná autorka Tajana Schneiderman, postgraduálna študentka na oddelení zemských, atmosférických a planetárnych vied na MIT. „Každý má záujem pozrieť sa na obrovský efekt, pretože očakávame, že bude bežný, ale nemáme na to dôkazy v mnohých systémoch. Teraz máme ďalší pohľad na túto dynamiku.“

jasné znamenie

Hviezda HD 172555 bola predmetom intríg medzi astronómami kvôli nezvyčajnému zloženiu jej prachu. Pozorovania v posledných rokoch ukázali, že hviezdny prach obsahuje veľké množstvo nezvyčajných minerálov v zrnách, ktoré sú oveľa jemnejšie, než by astronómovia očakávali od typického disku hviezdneho odpadu.

„Pre tieto dva faktory bol HD 172555 považovaný za tento zvláštny systém,“ hovorí Schneiderman.

Ona a jej kolegovia boli zvedaví, čo môže plyn prezradiť o histórii dopadov systému. pozreli sa na údaje, ktoré prijal almaAtacama Large Millimeter Array v Čile pozostáva zo 66 rádioteleskopov, ktorých vzdialenosti možno upraviť tak, aby sa zvýšilo alebo znížilo rozlíšenie ich obrázkov. Tím sa pozrel na údaje z verejného archívu ALMA a hľadal známky oxidu uhoľnatého okolo blízkych hviezd.

„Keď ľudia chcú študovať plyn v diskoch trosiek, oxid uhoľnatý je zvyčajne najjasnejší, a preto je najjednoduchšie ho nájsť,“ hovorí Schneiderman. „Takže sme prehodnotili údaje o oxide uhoľnatého pre HD 172555, pretože to bol zaujímavý systém.“

v následkoch

Starostlivou opätovnou analýzou bol tím schopný detekovať oxid uhoľnatý okolo hviezdy. Keď zmerali jeho množstvo, zistili, že plyn obsahuje 20 percent oxidu uhoľnatého, ktorý sa v ňom nachádza Venuša‚Klíma. Tiež pozorovali, že plyn krúžil vo veľkých množstvách, prekvapivo blízko hviezdy, asi 10 astronomických jednotiek alebo viac ako 10-násobok vzdialenosti medzi Zemou a Slnkom.

„Niečo bližšie k tomu si vyžaduje vysvetlenie prítomnosti oxidu uhoľnatého,“ hovorí Schneiderman.

Je to preto, že oxid uhoľnatý je zvyčajne náchylný na fotodisociáciu, proces, pri ktorom sa fotóny hviezdy rozbijú a zničia molekulu. V blízkosti hviezdy je zvyčajne veľmi málo oxidu uhoľnatého. Skupina teda testovala rôzne scenáre, aby vysvetlila hojnú, úzko prepojenú prítomnosť plynu.

Rýchlo vylúčili scenár, v ktorom plyn pochádzal z trosiek novovytvorenej hviezdy, ako aj scenár, v ktorom bol plyn produkovaný blízkym pásom ľadových asteroidov. Uvažovali aj o scenári, v ktorom bol plyn vyžarovaný niekoľkými ľadovými kométami pochádzajúcimi zo vzdialeného pásu asteroidov podobného nášmu Kuiperovmu pásu. Ale ani dáta tomuto scenáru celkom nezodpovedali. Posledný scenár, ktorý tím zvažoval, bol, že plyn bol pozostatkom obrovského nárazu.

„Zo všetkých scenárov je tento jediný, ktorý dokáže vysvetliť všetky vlastnosti údajov,“ hovorí Schneiderman. „V systémoch tohto veku očakávame, že sa vyskytnú obrovské dopady, a očakávame, že obrovské dopady budú skutočne dosť všeobecné. Fungujú časové harmonogramy, funguje vek a morfologické a kompozičné obmedzenia. V tomto kontexte je jediným pravdepodobným procesom, ktorý produkuje oxid uhoľnatý v tento systém má obrovský vplyv.“

Tím odhaduje, že plyn sa uvoľnil pri obrovskom náraze, ku ktorému došlo najmenej pred 200 000 rokmi – dosť nedávno na to, aby hviezda nestihla úplne rozptýliť plyn. Na základe množstva plynu bol dopad pravdepodobne masívny a zahŕňal dve protoplanéty, čo do veľkosti možno porovnateľné so Zemou. Náraz bol taký veľký, že pravdepodobne odfúkol časť atmosféry planéty na plyn, ktorý tím dnes pozoroval.

„Teraz existuje potenciál pre budúcu prácu nad rámec tohto systému,“ hovorí Schneiderman. „Ukazujeme, že ak na mieste nájdete oxid uhoľnatý a morfológia je v súlade s obrovským nárazom, poskytuje to novú príležitosť hľadať obrovské nárazy a pochopiť, ako sa potom trosky správajú.“

„Na tejto práci je podľa môjho názoru obzvlášť vzrušujúce to, že demonštruje dôležitosť straty atmosféry pri obrovských nárazoch,“ hovorí Hilke Schleiching, profesorka vedy o Zemi, planetárnych a vesmírnych vied na Kalifornskej univerzite v Los Angeles, ktorá nebola zapojených do výskumu. „Otvára tiež možnosť študovať zloženie atmosfér extrasolárnych planét, ktoré prechádzajú obrovskými dopadmi, čo môže v konečnom dôsledku pomôcť objasniť atmosférické podmienky pozemských planét počas ich obrovských dopadových fáz.“

Odkaz: „Plyn oxidu uhoľnatého produkovaný obrovským nárazom do vnútra mladého systému“ Tzana Schneiderman, Luca Matre, Alan P. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Krall, Sebastian Marino, Karin I. Su, David J. Berg, Kate YL. Wilner a Mark C. Wyatt, 20. október 2021, Príroda.
DOI: 10.1038/s41586-021-03872-X

Tento výskum čiastočne podporilo observatórium ALMA a Simons Foundation.