Forskare analyserade ackumulerade data från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) och avbildade rörelsen hos ett ungt tvillingstjärnsystem XZ Tauri under tre år. Den här första "ALMA-animationen" av tvillingstjärnor någonsin kastar nytt ljus över ursprunget till dubbelstjärnorna och planeterna som ska bildas runt dem.

"Denna prestation möjliggjordes av ALMAs högupplösta och rika arkivdata, " säger Takanori Ichikawa, den första författaren till forskningsartikeln och en före detta doktorand vid Kagoshima University, Japan. "Denna forskning använde tre års observationsdata. Resultaten visar genomförbarheten av en ny forskningsmetod som använder radioastronomiska animationer istället för konventionella bilder. Jag hoppas att denna metod kommer att bidra till att klargöra olika astronomiska fenomen i framtiden."

Solen är en enda stjärna, men universum är fullt av dubbelstjärnor, som är två stjärnor som kretsar runt varandra. Under sin ungdom, varje ung stjärna i ett binärt system är omgiven av en protoplanetär skiva som består av molekylär gas och damm. Denna skiva är känd för att vara platsen för planetbildning. Många planeter associerade med dubbelstjärnor har faktiskt upptäckts, men hur skivorna bildas i binära stjärnsystem och hur planeter bildas i dessa system är fortfarande ett mysterium.

"För att studera bildningen av planeter i binära stjärnsystem, det är viktigt att noggrant bestämma omloppsrörelsen för de två stjärnorna och lutningen för de enskilda protoplanetära skivorna, " förklarar Shigehisa Takakuwa, professor vid Kagoshimas universitet.

Forskare har föreslagit två bildningsmekanismer för binära system; den ena är en uppdelning av en enda stor gasformig skiva, och den andra är fragmentering av det större molekylära molnet på grund av våldsam turbulens. I det förra fallet, astronomer antar att omloppsbanan för dubbelstjärnorna och de enskilda skivorna bör vara på samma plan. Å andra sidan, i det senare fallet, binärstjärnornas omloppsplan och skivornas plan förväntas vara olika. Detta är en viktig fråga som kommer att påverka planeternas slutliga banor i binära system.

Forskarteamet grävde i ALMAs dataarkiv och tog fram data för det unga XZ Tau-systemet 2015, 2016, och 2017. De analyserade noggrant data och gjorde för första gången en animering av binärstjärnornas omloppsrörelse, som visar att XZ Tau B flyttade 3,4 astronomiska enheter (3,4 gånger radien av jordens bana) runt XZ Tau A under dessa tre år.

Teamet räknade ut den tredimensionella strukturen av omloppsbanan. Dessutom, analysera dopplereffekten och fördelningen av radiovågorna från skivan runt varje stjärna i XZ Tau-systemet, de fann att dessa diskar är avsevärt felinriktade i förhållande till varandra, och inte heller i samma plan som den binära omloppsbanan.

Tidigare observationer med ALMA hade hittat exempel på unga dubbelstjärnor med protoplanetära skivor lutade i förhållande till varandra. Dock, detta är första gången som omloppsrörelsen för ett binärt system har klargjorts, visar att lutningen skiljer sig från de cirkumstellära skivornas. Dessa resultat stöder idén att XZ Tau-systemet bildades via molekylär molnfragmentering.

"Detta är ett vackert exempel på att använda det rika ALMA-arkivet, " säger Takakuwa. "Arkivet banar väg för unga forskare att börja bedriva spjutspetsforskning direkt." Det är sant för den här studien. "Jag är mycket hedrad över att få bidra till så intressant forskning som student, " säger Miyu Kido vid Kagoshima University, den andra författaren till forskningsartikeln. "Jag hoppas kunna använda denna erfarenhet i min egen framtida forskning."

Dessa studier, "Feljusterade Circumstellar Disks and Orbital Motion of Young Binary XZ Tau, " publiceras i Astrofysisk tidskrift den 23 september, 2021.