Uważa się, że CI Tauri posiada masywną planetę, która znajduje się około pięć razy bliżej swojej gwiazdy niż Merkury od Słońca, ale obserwacje wykazują duże promieniowanie pochodzące od gazu i pyłu w pobliżu gwiazdy, których nie powinno tam być, gdyby planeta była obecna. Czy astronomowie są w stanie wyjaśnić te sprzeczne obserwacje?
Protoplanetarne problemy
Mając zaledwie 2 mln lat, CI Tauri ma już planetę o masie 12 mas Jowisza, CI Tauri b, krążącą w odległości zaledwie 0,08 jednostki astronomicznej (j.a.), a trzy dodatkowe olbrzymie planety potencjalnie czają się w dysku CI Tauri w odległości kilkudziesięciu j.a. Co ciekawe, w widmowym rozkładzie energii układu brakuje charakterystycznego znaku bliskiej obecności masywnej planety: spadku ilości emisji w bliskiej podczerwieni, która jest wytwarzana przez ciepły gaz i pył.
Znaczna część promieniowania 1–10-μm z dysku protoplanetarnego pochodzi z materii znajdującej się najbliżej gwiazdy, więc spadek emisji w tych długościach fal jest zwykle traktowany jako znak, że planeta znajdująca się blisko jest zajęta zbieraniem gazu i pyłu, aby wyczyścić szczelinę w materii dysku. Jednak obserwacje CI Tauri sugerują, że planeta może być obecna bez zmian emisji w bliskiej podczerwieni. Aby to sprawdzić, Dhruv Muley i Ruobing Dong (University of Victoria, Kanada) wykorzystali modelowanie hydrodynamiczne i transfer promieniowania, aby zrozumieć warunki, w jakich planeta w pobliżu wpłynie na widmowy rozkład energii układu.
Dysk, pył i dystrybucja
Autorzy pracy najpierw wymodelowali dysk bez planet, dopasowując wyniki modelu do obserwacji CI Tauri tak dokładnie, jak to było możliwe. Następnie wprowadzili do symulacji planetę o rozmiarze CI Tauri b i dali jej czas na wyczyszczenie przestrzeni w dysku, po czym porównali wyniki dla różnych odległości orbitalnych i mimośrodów. Muley i Dong odkryli, że planety o bardziej eliptycznych orbitach tworzą szczeliny, które są szersze, ponieważ są w stanie zebrać materię w większym zakresie promieni, ale materia, która pozostaje w szczelinie jest gęstsza niż w przypadku planety o kołowej orbicie.
Następnie naukowcy użyli symulacji hydrodynamicznych do wygenerowania widmowego rozkładu energii dla każdego zestawu warunków. Stwierdzili, że planeta w odległości orbitalnej CI Tauri b wynoszącej 0,08 j.a. nie usuwa wystarczającej ilości materii, aby wywołać charakterystyczne zanurzenie w emisji w bliskiej podczerwieni, niezależnie od jej ekscentryczności, co jest zgodne z obserwacjami.
Warunki oddziaływań
Jednak planeta wielkości CI Tauri b umieszczona nieco dalej od gwiazdy – powiedzmy 0,26 lub 0,4 j.a. – daje znać o swojej obecności w wynikowym rozkładzie energii widmowej. Bardziej odległe planety zubożają materię dysku na tyle, by zmniejszyć emisję w zakresie 1–10-μm i otworzyć szczelinę na tyle szeroko, by odsłonić gorącą wewnętrzną ścianę szczeliny, co zwiększa energię w zakresie 10–100 μm.
Symulacje przeprowadzone przez autorów pokazują, że obecność planety w pobliżu nie jest sprzeczna z rozkładem energii widmowej CI Tauri, a bardziej ogólnie, brak typowych wskaźników planetarnych może nie oznaczać braku planet. Ponieważ rozkłady energii widmowej są jednym z naszych najpotężniejszych narzędzi do badania dysków protoplanetarnych, zrozumienie ich zawiłości jest kluczowe, aby zaufać naszym interpretacjom.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
AAS
Na ilustracji: Wizja artystyczna gazowego olbrzyma formującego się w dysku protoplanetarnym swojej macierzystej gwiazdy. Źródło: NASA/JPL/Caltech/R. Hurt