science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Eerste ALMA-animatie van rondcirkelende jonge tweelingsterren

Artistieke impressie van het jonge binaire systeem XZ Tau. De twee jonge sterren in het systeem hebben elk een protoplanetaire schijf om zich heen die gekanteld is ten opzichte van de ander. De twee jonge sterren draaien in een vlak dat verschilt van dat van beide schijven. Bron:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Onderzoekers analyseerden de verzamelde gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en gaven de beweging van een jong tweelingstersysteem XZ Tauri gedurende drie jaar weer. Deze allereerste "ALMA-animatie" van tweelingsterren werpt nieuw licht op de oorsprong van de dubbelsterren en de planeten die eromheen zullen worden gevormd.

"Deze prestatie werd mogelijk gemaakt door de hoge resolutie en rijke archiefgegevens van ALMA, " zegt Takanori Ichikawa, de eerste auteur van het onderzoekspaper en een voormalig afgestudeerde student aan de Kagoshima University, Japan. "Dit onderzoek maakte gebruik van drie jaar aan observatiegegevens. De resultaten tonen de haalbaarheid aan van een nieuwe onderzoeksmethode met behulp van radioastronomische animaties in plaats van conventionele beelden. Ik hoop dat deze methode in de toekomst zal helpen om verschillende astronomische verschijnselen op te helderen."

De zon is een enkele ster, maar het heelal is vol dubbelsterren, dat zijn twee sterren die om elkaar heen draaien. Tijdens zijn jeugd, elke jonge ster in een dubbelstersysteem is omgeven door een protoplanetaire schijf die bestaat uit moleculair gas en stof. Deze schijf staat bekend als de plaats van planeetvorming. Veel planeten geassocieerd met dubbelsterren zijn daadwerkelijk gedetecteerd, maar hoe de schijven worden gevormd in dubbelstersystemen en hoe planeten in die systemen worden gevormd, is nog steeds een mysterie.

"Om de vorming van planeten in dubbelstersystemen te bestuderen, het is belangrijk om de baanbeweging van de twee sterren en de helling van de individuele protoplanetaire schijven nauwkeurig te bepalen, " legt Shigehisa Takakuwa uit, een professor aan de universiteit van Kagoshima.

Orbitale beweging van het jonge binaire XZ Tau-systeem. De locatie van XZ Tau A (linksonder) ligt vast in de afbeelding en de relatieve beweging van XZ Tau B wordt weergegeven. De verdelingen van de radiogolven van de protoplanetaire schijven zijn weergegeven in grijstinten (2015), rode contouren (2016), en blauwe contouren (2017). De locatie van elke ster wordt weergegeven als een plusteken. Bron:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Ichikawa et al.

Onderzoekers hebben twee vormingsmechanismen voor binaire systemen voorgesteld; de ene is het uiteenvallen van een enkele grote gasvormige schijf, en de andere is fragmentatie van de grotere moleculaire wolk als gevolg van gewelddadige turbulentie. In het eerste geval, astronomen veronderstellen dat de baan van de dubbelsterren en de afzonderlijke schijven zich op hetzelfde vlak zouden moeten bevinden. Anderzijds, in het laatste geval, het baanvlak van de dubbelsterren en het vlak van de schijven zullen naar verwachting verschillend zijn. Dit is een groot probleem dat de uiteindelijke banen van de planeten in binaire systemen zal beïnvloeden.

Het onderzoeksteam groef in het ALMA-gegevensarchief en verkreeg de gegevens voor het jonge XZ Tau-systeem uit 2015, 2016, en 2017. Ze analyseerden de gegevens zorgvuldig en maakten voor het eerst een animatie van de baanbeweging van de dubbelsterren, waaruit blijkt dat XZ Tau B in deze drie jaar 3,4 astronomische eenheden (3,4 keer de straal van de baan van de aarde) rond XZ Tau A bewoog.

Het team ontdekte de driedimensionale structuur van de baan. In aanvulling, analyse van het dopplereffect en de verdeling van de radiogolven van de schijf rond elke ster in het XZ Tau-systeem, ze ontdekten dat die schijven aanzienlijk verkeerd zijn uitgelijnd ten opzichte van elkaar, en ook niet in hetzelfde vlak als de binaire baan.

Geanimeerde orbitale beweging van het jonge binaire XZ Tau-systeem. De locatie van XZ Tau A (linksonder) ligt vast in de afbeelding en de relatieve beweging van XZ Tau B wordt weergegeven. De verdelingen van de radiogolven van de protoplanetaire schijven zijn weergegeven in grijstinten en contouren. De locatie van elke ster wordt weergegeven als een plusteken. Bron:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Ichikawa et al.

Eerdere waarnemingen met ALMA hadden voorbeelden gevonden van jonge dubbelsterren met protoplanetaire schijven die ten opzichte van elkaar gekanteld waren. Echter, dit is de eerste keer dat de orbitale beweging van een binair systeem is opgehelderd, waaruit blijkt dat de helling anders is dan die van de circumstellaire schijven. Deze resultaten ondersteunen het idee dat het XZ Tau-systeem is gevormd via moleculaire wolkenfragmentatie.

"Dit is een prachtig voorbeeld van het gebruik van het rijke ALMA-archief, ", zegt Takakuwa. "Het archief maakt de weg vrij voor jonge onderzoekers om meteen grensverleggend onderzoek te doen." Dat geldt ook voor deze studie. "Ik ben zeer vereerd om als student aan zo'n interessant onderzoek bij te dragen, " zegt Miyu Kido van de Universiteit van Kagoshima, de tweede auteur van het onderzoeksartikel. "Ik hoop deze ervaring te gebruiken in mijn eigen toekomstig onderzoek."

Deze onderzoeken, "Onjuist uitgelijnde Circumstellaire schijven en orbitale beweging van de jonge binaire XZ Tau, " is gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift op 23 sept. 2021.