ALMA, där ESO är en partner, och SPHERE-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope har avbildat GW Orionis, ett trippelstjärnsystem med ett säreget inre område. De nya observationerna avslöjade att detta objekt har en skev planetbildande skiva med en felinriktad ring. Särskilt, SPHERE-bilden (höger panel) gjorde det möjligt för astronomer att se, för första gången, skuggan som denna ring kastar på resten av skivan. Detta hjälpte dem att ta reda på 3D-formen på ringen och den övergripande skivan. Den vänstra panelen visar ett konstnärligt intryck av skivans inre del, inklusive ringen, som är baserad på 3D-formen som rekonstruerats av teamet. Kredit:ESO/L. Calçada, Exeter/Kraus et al.
Ett team av astronomer har identifierat det första direkta beviset på att grupper av stjärnor kan slita isär sin planetbildande skiva, lämnar den skev och med lutande ringar. Denna nya forskning tyder på exotiska planeter, inte olikt Tatooine i Star Wars, kan bildas i lutande ringar i böjda skivor runt flera stjärnor. Resultaten möjliggjordes tack vare observationer med European Southern Observatorys Very Large Telescope (ESO:s VLT) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Vårt solsystem är anmärkningsvärt platt, med planeterna alla kretsar i samma plan. Men detta är inte fallet för alla stjärnsystem, speciellt för planetbildande skivor runt flera stjärnor, som föremålet för den nya studien:GW Orionis. Detta system, ligger drygt 1300 ljusår bort i stjärnbilden Orion, har tre stjärnor och en deformerad, sönderbruten skiva som omger dem.
"Våra bilder avslöjar ett extremfall där skivan inte alls är platt, men är skev och har en felinriktad ring som har brutit loss från skivan, säger Stefan Kraus, en professor i astrofysik vid University of Exeter i Storbritannien som ledde forskningen som publiceras i dag i tidskriften Vetenskap . Den felinriktade ringen är placerad i den inre delen av skivan, nära de tre stjärnorna.
Den nya forskningen avslöjar också att denna inre ring innehåller 30 jordmassor av damm, vilket kan räcka för att bilda planeter. "Alla planeter som bildas i den felinriktade ringen kommer att kretsa runt stjärnan på mycket sneda banor och vi förutspår att många planeter på sneda, vidsträckta omloppsbanor kommer att upptäckas i framtida planetbildskampanjer, till exempel med ELT, " säger teammedlemmen Alexander Kreplin från University of Exeter, med hänvisning till ESO:s Extremely Large Telescope, som planeras starta senare detta årtionde. Eftersom mer än hälften av stjärnorna på himlen föds med en eller flera följeslagare, detta väcker ett spännande perspektiv:det kan finnas en okänd population av exoplaneter som kretsar kring sina stjärnor i mycket lutande och avlägsna banor.
För att nå dessa slutsatser, teamet observerade GW Orionis i över 11 år. Från och med 2008, de använde AMBER och senare GRAVITY-instrumenten på ESO:s VLT-interferometer i Chile, som kombinerar ljuset från olika VLT-teleskop, att studera gravitationsdansen för de tre stjärnorna i systemet och kartlägga deras banor. "Vi fann att de tre stjärnorna inte kretsar i samma plan, men deras banor är felinriktade med avseende på varandra och med avseende på skivan, säger Alison Young från universiteten i Exeter och Leicester och en medlem i teamet.
De observerade också systemet med SPHERE-instrumentet på ESO:s VLT och med ALMA, där ESO är en partner, och kunde avbilda den inre ringen och bekräfta dess felinriktning. ESO:s SPHERE tillät dem också att se, för första gången, skuggan som denna ring kastar på resten av skivan. Detta hjälpte dem att ta reda på 3D-formen på ringen och den övergripande skivan.
Bilder på skivan runt GW Orionis, i termisk dammemission (panel A och B) och spritt ljus (panel C och D). Kredit:Kraus et al., Vetenskap (2020)
Det internationella laget, som inkluderar forskare från Storbritannien, Belgien, Chile, Frankrike och USA, kombinerade sedan sina uttömmande observationer med datorsimuleringar för att förstå vad som hade hänt med systemet. För första gången, de kunde tydligt koppla de observerade felställningarna till den teoretiska "skivrivningseffekten, " vilket tyder på att den motstridiga gravitationskraften hos stjärnor i olika plan kan skeva och bryta deras skivor.
Deras simuleringar visade att felinriktningen i de tre stjärnornas banor kunde få skivan runt dem att bryta i distinkta ringar, vilket är exakt vad de ser i sina observationer. Den observerade formen på den inre ringen matchar också förutsägelser från numeriska simuleringar om hur skivan skulle rivas.
Spridningsljusmodell som används för att bestämma excentriciteten och 3-dimensionella orienteringen av ringen och geometrin hos diskvarpen. Kredit:Kraus et al., Vetenskap (2020)
ALMA-bilder av den planetbildande skivan med felinriktade ringar runt trippelstjärnsystemet GW Orionis. Bilden till höger är gjord med ALMA-data tagen 2017 från Bi et al. Bilden till vänster är gjord med ALMA-data från 2018 från Kraus et al. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Kraus &J. Bi; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Representation av skivstrukturen och stjärnbanan för GW Orionis trippelsystem, som härlett från ALMA- och VLT-observationerna av Kraus et al. Orange ringar är de (feljusterade) ringar som ALMA ser. De transparenta ytorna motsvarar dammfilamenten med lägre densitet som förbinder ringarna och som dominerar emissionen i spritt ljus. Kredit:Kraus et al., 2020; NRAO/AUI/NSF
Intressant, ett annat team som studerade samma system med ALMA tror att det behövs en annan ingrediens för att förstå systemet. "Vi tror att närvaron av en planet mellan dessa ringar behövs för att förklara varför skivan slets isär, " says Jiaqing Bi of the University of Victoria in Canada who led a study of GW Orionis published in the Astrofysiska tidskriftsbrev in May this year. His team identified three dust rings in the ALMA observations, with the outermost ring being the largest ever observed in planet-forming discs.
Future observations with ESO's ELT and other telescopes may help astronomers fully unravel the nature of GW Orionis and reveal young planets forming around its three stars.
This research was presented in the paper "A triple star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing" to appear in Vetenskap
