Korzystając z ALMA zespół naukowców po raz pierwszy zidentyfikował charakterystyczne linie rekombinacji z proplydów w Mgławicy w Orionie.
Większość gwiazd powstaje w obłokach molekularnych, a specyficzne warunki środowiskowe dyktują, jak rozwijają się układy planetarne. Pobliskie masywne gwiazdy mogą również wpływać poprzez intensywne promieniowanie jonizujące, które może tworzyć powłokę zjonizowanego gazu wokół dysku protoplanetarnego i emitować unikalne linie widmowe rekombinacji wodoru.
Niedawno zespół naukowców pod kierownictwem Ryana Boydena (Uniwersytet Wirginii) wykorzystał archiwalne dane z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do zidentyfikowania po raz pierwszy charakterystycznych linii rekombinacji radiowej związanych ze zjonizowanymi powłokami otaczającymi dyski protoplanetarne wielkości Układu Słonecznego w gromadzie Mgławicy w Orionie, oddalonej od nas o 1000 lat świetlnych.
ALMA od dawna jest wykorzystywana do identyfikacji linii rekombinacji z dużych obiektów astrofizycznych i do badania różnych właściwości dysków protoplanetarnych. Teraz badania te udowodniły, że interferometry ALMA są wystarczająco silne, aby wykryć specyficzne linie rekombinacji wodoru o długości fali radiowej pojedynczych zjonizowanych dysków protoplanetarnych (proplyd), nawet w gęstych gromadach gwiazd. Boyden mówi: To odkrycie było zrządzeniem losu, a czasami są to najbardziej ekscytujące projekty naukowe, nad którymi można pracować – natrafienie na nowe odkrycie w pewnym sensie przez przypadek.
Podczas gdy dysk protoplanetarny jest definiowany jako dysk pyłu i gazu wokół młodej gwiazdy, proplyd niesie ze sobą dodatkową właściwość, że dysk jest jonizowany przez intensywne promieniowanie z pobliskich, zewnętrznych masywnych gwiazd. Tak więc, przypominająca kokon powłoka zjonizowanego gazu otacza układ poza dyskiem. Energetyczna granica tej powłoki wygląda jak kometa, ponieważ sąsiednia gwiazda napędza fotoodparowanie przez dysk, sygnalizując astronomom, że dyski proplydowe ewoluują zupełnie inaczej.
Boyden i jego zespół wykorzystali dane z wcześniejszych obserwacji ALMA, aby zbadać zjonizowany gaz otaczający 200 dysków protoplanetarnych gwiazd w Gromadzie Mgławicy w Orionie. Spośród nich 17 proplydów zostało jednoznacznie zidentyfikowanych przez konkretną linię rekombinacji wodoru.
Chociaż zjonizowany wodór jest powszechny w energetycznych środowiskach, takich jak te regiony gwiazdotwórcze, Boyden i jego zespół poszukiwali specyficznego śladu energetycznego uwalnianego, gdy wolny elektron łączy się z jonem wodoru i spada z 42. poziomu energetycznego wodoru na poziom 41. Ten spadek, zwany linią rekombinacji H41α, jest wyraźnie rozpoznawalny na 3,1-milimetrowych długościach fal radiowych obserwowanych przez ALMA.
Linie o dłuższych lub krótszych długościach fal powiedzą nam coś innego o zjonizowanej powłoce gazowej – wyjaśnił Boyden. H41α to linia, którą mamy szczęście już mieć w naszych obserwacjach. To idealny punkt, aby dokładnie określić temperaturę i gęstość zjonizowanego gazu, a także szczęśliwe dopasowanie do czułości ALMA. ALMA to najpotężniejszy zestaw radioteleskopów na świecie, o najlepszej rozdzielczości kątowej, a przy tych długościach fal jest wyjątkowo czuły, aby znaleźć linie H41α. To jest to, w czym ALMA jest dobra i robi to wydajnie – powiedział Boyden.
Osadzając w tych danych linie widmowe, zespół naukowców wykorzystał strumień linii rekombinacji wodoru do obliczenia średniej temperatury 6000 – 10 000 K na powłokach. Są dość ciepłe. I jest to obecnie jeden z naszych najdokładniejszych pomiarów temperatury dla tego zjonizowanego gazu – powiedział Boyden. Ponadto szerokość linii widmowej ujawnia mnóstwo informacji kinematycznych o dysku, ponieważ rozproszenie może wskazywać na ruchy efektu Dopplera, które przesuwają światło do dłuższych lub krótszych fal. Na koniec, Boyden dodał: Przebadaliśmy szerokość tych linii rekombinacji, aby zadać sobie pytanie: Co powoduje to rozproszenie? Czy to tylko gazy przypadkowo się trzęsą, czy też jakiś bardziej uporządkowany przepływ związany z fotoodparowaniem z tych gwiazd kształtuje ewolucję dysku? Uważamy, że to drugie.
Oprócz linii rekombinacji H41α Boyden i jego zespół zidentyfikowali również intrygujące linie He41α, wskazujące na potencjalną różnicę w stosunku do oczekiwanej obfitości helu w regionie. Boyden przyznał, że sąsiednie emisje dwutlenku węgla mogą zanieczyszczać te linie helowe i spekuluje na temat kolejnych kroków w rozwoju technologicznym interferometrii radioteleskopów. Dzięki ulepszeniom ALMA i ngVLA w przyszłości będą one w stanie osiągnąć doskonałość na dłuższych falach dla jeszcze większej liczby rekombinacji radiowej. Ten projekt jest kamieniem milowym dla przyszłych prac.
Wyniki badań zostały opublikowane 9 kwietnia 2025 roku w Astrophysical Journal.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
ALMA Observatory
