Струмінь газу змістив і нахилив диск у системі GW Orionis

У молодій потрійній зоряній системі GW Orionis, розташованій приблизно за 1500 світлових років у сузір’ї Оріона, астрономи виявили гігантський струмінь газу завдовжки близько трильйона миль. Новий аналіз даних показує, що саме цей потік, імовірно, відповідає за дивний нахил і розбіжність кілець у її планетоформувальному диску. Про результати повідомляє видання Universe Today.

Незвичайний диск навколо потрійної зорі

У Сонячній системі орбіти планет лежать майже в одній площині й загалом узгоджені з обертанням Сонця. Однак спостереження за іншими зоряними системами демонструють значно більшу розбіжність орбітальних площин. GW Orionis — один із найяскравіших прикладів.

Ця система складається з трьох зір і оточена багатокільцевим протопланетним диском, у якому можуть формуватися майбутні планети. Раніше, завдяки знімкам інструмента SPHERE на Дуже великому телескопі (VLT), астрономи з’ясували, що внутрішнє, середнє та зовнішнє кільця диска нахилені під різними кутами й не збігаються між собою.

Нове дослідження, опубліковане в The Astronomical Journal, показало потенційний «винуватець» цього хаосу — масивний струмінь газу, що продовжує живити систему з навколишньої батьківської хмари.

Як ALMA побачила струмінь газу

Команда під керівництвом Марії Галловей-Спрієцма (Maria Galloway-Sprietsma) з Університету Флориди використала масив радіотелескопів ALMA для спостережень за GW Orionis у лініях молекулярного вуглецю моноксиду — ізотопів 12CO та 13CO. Це поширений метод для вивчення газових потоків у міжзоряному середовищі.

12CO виявився корисним для картування повної довжини та швидкісної структури струменя, тоді як 13CO показав найщільніші частини потоку. Таким чином астрономи змогли оцінити й геометрію, й масивність газу, що падає на диск.

Моделювання показало, що траєкторія струменя перетинає диск саме в районі найзовнішнього пилового кільця. Вектор кутового моменту потоку майже збігається з площиною цього зовнішнього кільця — розбіжність становить лише близько 3°. Натомість із внутрішнім кільцем різниця набагато більша — приблизно 32°.

Такий збіг вказує, що саме струмінь, ймовірно, сформував нахил зовнішнього кільця й став причиною загальної розбіжності структури диска.

Формування зір не таке «акуратне», як здавалося

Популярна спрощена схема утворення зір описує, як холодна молекулярна хмара колапсує в протозорю, а потім зірка поступово добирає газ із навколишнього середовища, запускає термоядерний синтез і переходить на головну послідовність.

Однак дані ALMA щодо GW Orionis показують, що реальний процес значно складніший. Формування зір відбувається не в «ізоляції», а в умовах турбулентних, нерівномірних потоків газу з батьківської хмари. Такі струмені можуть не лише підкручувати диск і змінювати орбіти майбутніх планет, а й потенційно впливати на обертання самих зір.

За словами дослідників, саме висока роздільна здатність ALMA на цих довжинах хвиль дозволила не тільки побачити окремі кільця пилу в диску, а й «віддалитися» й простежити повну протяжність струменя газу, що падає на систему. Команда використала всі три масиви ALMA — 12-метровий, 7-метровий і Total Power.

Кінець живлення та можливі планети

Автори роботи зазначають, що GW Orionis досі динамічно пов’язана зі своєю батьківською хмарою через тривале надходження газу. Водночас загальний кутовий момент струменя менший, ніж у самого диска, а поточна швидкість акреції невисока. Це вказує, що ми, ймовірно, спостерігаємо завершальні стадії цього живлення.

Якщо в розірваних кільцях диска сформуються планети, їхні орбіти можуть виявитися суттєво нахиленими одна відносно одної. Виходить, що один великий потік газу здатен задати всій майбутній планетній системі «хаотичну» архітектуру.

Співавтор дослідження, астроном Чжехан Бає (Jaehan Bae) з Університету Флориди, пояснює, що якщо подібні струмені поширені, то можна природно пояснити, чому в багатьох екзопланетних системах орбіти не такі впорядковані, як у нашій. Планети в них можуть мати значно більш випадкові орієнтації.

Такі потоки можуть також пролити світло на інші загадкові спостереження — зокрема на дивні хімічні та металеві аномалії в деяких зоряних системах, а також на дуже великі нахили орбіт, що важко пояснити тільки локальною динамікою диска.

Що шукають далі

Наступний крок — застосувати ALMA до інших молодих зоряних систем, аби виявити подібні газові струмені та зрозуміти, наскільки вони типові. Для GW Orionis астрономи планують спостереження так званих «шокових трасерів» — ліній, що вказують, де саме потік газу врізається в диск і нагрівається.

Дослідники наголошують, що потрібне систематичне опитування великої кількості молодих зір: скільки з них мають струмені, а скільки — ні. Відповідь на це запитання покаже, наскільки важливу роль такі структури відіграють у формуванні архітектури планетних систем у Галактиці.