Titanicin törmäykset ovat normaaleja nuorissa aurinkokunnissa. Maan Kuu oli seurausta yhdestä törmäyksestä, kun protoplaneetta Theia törmäsi Maahan noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Törmäys tai sarja törmäyksiä , loi pyörteisen ejecti-massan, joka lopulta sulautui Kuuhun. Sitä kutsutaan nimellä Jättimäisen vaikutuksen hypoteesi .
Tähtitieteilijät uskovat, että tällaiset törmäykset ovat yleinen osa planeettojen muodostumista nuorissa aurinkokunnissa, joissa asiat eivät ole vielä ratkeaneet ennustettaviksi. Mutta näiden törmäysten näkeminen muiden tähtien ympärillä on osoittautunut vaikeaksi.
Ryhmä tähtitieteilijöitä on löytänyt yhden näistä nuorista järjestelmistä vielä kaoottisessa nuoruudessaan. He ovat löytäneet todisteita noin Maan kokoisen planeetan ja pienemmän iskulaitteen törmäyksestä, joka riisti ilmakehän suuremmalta planeetalta. Törmäys tapahtui noin 200 000 vuotta sitten. Vaikka aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että törmäys todennäköisesti tapahtui, ilmakehän irtoamisen löytö on uusi.
Ryhmä on julkaissut artikkelin Nature-lehdessä, jossa hahmotellaan heidän havaintojaan. Lehden otsikko on ' Hiilimonoksidikaasu, joka syntyy jättimäisellä törmäyksellä nuoren järjestelmän sisäalueella. Pääkirjoittaja on Tajana Schneiderman, jatko-opiskelija MIT:n maa-, ilmakehä- ja planeettatieteiden laitokselta.
Löytö keskittyy tähden ympärille, joka kiinnitti tähtitieteilijöiden huomion jo 1980-luvulla. Sitä kutsutaan nimellä HD 172555, ja se on noin 95 valovuoden päässä ja noin 23 miljoonaa vuotta vanha. Tähti oli huomattava kirkkaudestaan keski-infrapunassa. Nuorena tähtitieteilijät ajattelevat, että tämä aurinkokunta on maaplaneettojen muodostumisen alkuvaiheessa.
Kun aurinkokunta muodostaa maanpäällisiä planeettoja, tähtitieteilijät odottavat näkevänsä pyrokseenin ja oliviinin kaltaisia asioita tähden protoplanetaarisessa kiekossa. Sen sijaan HD 172555:tä ympäröivät odottamattomat materiaalit, kuten amorfinen piidioksidi ja SiO-kaasu. Mutta SiO-kaasu on pohjimmiltaan höyrystynyttä kiviä, ja sen läsnäolo tarkoitti, että sen höyrystämiseksi tapahtui jotain erittäin energistä. Ei vain sitä, vaan tähtiä ympäröi myös paljon pölyä. Ja tässä tapauksessa pölyrakeet ovat epätavallisen hienoja.
Vain nopea isku olisi voinut höyrystää kiven SiO:ksi. Kiven höyrystämiseen kuluu paljon energiaa, ja vain 10 kilometrin sekunnissa tai yli 22 000 mph:n nopeudella olisi voitu tehdä se.
Tämä NASAn Spitzer-avaruusteleskoopin infrapunadatan spektri tai kuvaaja paljastaa höyrystyneen ja sulaneen kiven sekä rauniot nuoren, kuuman tähden HD 172555 ympärillä. Kuvan ansiot: NASA/JPL-Caltech/C. Lisse (Johns Hopkinsin yliopisto.)
Mutta on muutakin. HD 172555:tä kiertää hienojakoista pölyä ja höyrystynyttä kiviä, mutta tähdellä on myös hiilimonoksidirengas, joka kiertää SiO:n ja pölyisten roskien kanssa. Tutkijaryhmän mielestä törmäys on syynä myös siihen. He ajattelevat, että hiilidioksidi on osa suuremman planeetan ilmakehästä, joka repeytyi pois törmäyksestä. Tämä roskien ja hiilidioksidin kaksoistunnistus sai tiimin innostumaan.
'Näiden kahden tekijän vuoksi HD 172555:n on ajateltu olevan tämä outo järjestelmä', Schneiderman sanoi. Lehdistötiedote.
'Tämä on ensimmäinen kerta, kun havaitsimme tämän ilmiön, tuhoutuneen protoplaneetan ilmakehän jättimäisessä törmäyksessä', sanoo johtava kirjailija Tajana Schneiderman. 'Kaikki ovat kiinnostuneita havainnoimaan jättimäistä vaikutusta, koska odotamme niiden olevan yleisiä, mutta meillä ei ole monista järjestelmistä todisteita siitä. Nyt meillä on lisätietoa tästä dynamiikasta.'
Tähtiä kiertävällä poistetulla hiilimonoksidilla oli ratkaiseva rooli tässä tutkimuksessa. Tähtitieteilijät etsivät hiilidioksidia sen kirkkauden vuoksi. 'Kun ihmiset haluavat tutkia kaasua roskalevyissä, hiilimonoksidi on tyypillisesti kirkkain ja siten helpoin löytää', Schneiderman sanoi. 'Joten tarkastelimme HD 172555:n häkätietoja uudelleen, koska se oli mielenkiintoinen järjestelmä.'
Tiimi keräsi tietoja kohteesta SIELU (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array), tehokas joukko radioantenneja, jotka toimivat interferometrinä. He etsivät todisteita CO:sta tiedoista ja löysivät sen. He pystyivät mittaamaan sen runsauden, ja ryhmä kertoo löytäneensä hiilidioksidia, joka on noin 10 kertaa Maan koko ilmakehän massa.
Mutta sen lisäksi, että oli tärkeää löytää niin paljon hiilidioksidia, sen sijainti oli vielä kiehtovampi. Kaasu oli vain 10 AU tähdestä, mikä on yllättävän lähellä. Tyypillisesti kaasu ja pöly protoplanetaarisessa levyssä ulottuvat kymmeniin tai satoihin AU:iin, paperin mukaan.
'Häkämonoksidin läsnäolo näin lähellä vaatii selitystä', Schneiderman sanoo.
Eikä vain CO:n läheisyys vaadi selitystä. Se on tosiasia, että se on edelleen olemassa. Nuoret tähdet syntyvät alkukantaisilla kaasu- ja pölykiekoilla, mutta vain harvat kestävät yhtä kauan kuin HD 172555:n ikä. 23 miljoonan vuoden iässä kaasu olisi pitänyt suojata jotenkin, jotta se selviytyisi näin kauan. 'Nuoret A-tyypin tähdet syntyvät alkuperäisten kaasujen ja pölyn protoplanetaaristen kiekkojen ympäröimänä, mutta vain 2–3 % säilyy hengissä tähden elinkaaren kolmen ensimmäisen myrin jälkeen', kirjoittajat kirjoittavat. 'Vaikka HD 172555:n ympärillä havaittu hiilidioksidi olisi ikimuistoinen ja sen käyttöikää pidennettäisiin suojauksen ansiosta, järjestelmä säilyisi huomattavana poikkeavana paitsi iän (23 Myr. ikäisenä) myös pölymassan suhteen...'
Kaiken kaikkiaan tähden ympärillä olevat materiaalit, hienorakeinen pöly ja hiilidioksidi muodostavat hyvin epätavallisen järjestelmän. Olisiko se voinut muodostua tällä tavalla ilman mitään selittävää vaikutusta? Mahdollista, mutta epätodennäköistä, kirjoittajien mukaan.
Kaiken selittäminen ilman nopeaa vaikutusta olisi vaikeaa. On mahdollista, että tähden ympärillä on näkymättömiä planeettakumppaneita, jotka ovat muokanneet kiekon ja pitäneet hiilidioksidin lähellä. On mahdollista, että aurinkosumussa tapahtuneet iskut höyrystivat kiven SiO-kaasuksi, samalla tavalla kuin syntyneet iskut chondrules omassa aurinkokunnassamme. Ja on mahdollista, että jatkuva asteroidien törmäyskaskadi olisi voinut luoda HD 172555:n ympärillä havaitun suuren pölymassan.
Mutta se ei ole tekijöiden mukaan todennäköistä. Mikään muu mahdollinen selitys ei ole myöskään mikään muu mahdollinen selitys, kuten komeettojen sironta sisäänpäin jostakin Kuiper-vyöhykkeestä täällä omassa aurinkokunnassamme.
Tämä on taiteilijan esitys HD 17255:stä. Hubble-avaruusteleskooppia käyttävät tähtitieteilijät löysivät vuonna 2017 hiilimonoksidia ja piikaasua HD 172555:n ympäriltä ja katsoivat sen johtuvan putoavista komeetoista tähden aurinkokunnan kaukaa. Mutta tämä uusi tutkimus osoittaa, että vain planeettojen väliset titaaniset törmäykset voivat selittää sen. Kuvan ansiot: NASA, ESA, A. Feild ja G. Bacon (STScI)
On vain yksi johtopäätös, joka selittää tekijöiden mukaan kaikki havainnot.
'CO-kaasun havaitseminen ja morfologia yhdistettynä pölykuvantamisen ja spektroskopian aikaisempaan näyttöön tukee kuvaa, jossa jättimäinen törmäys tapahtui vähintään 0,2-Myr?ago 23-vuotiaan planeetan uloimmalla alueella. HD?172555-järjestelmä', he kirjoittavat. Tämän tyyppisten planeettojen vaikutusten odotetaan olevan yleisiä tämän aikakauden järjestelmissä.
'Kaikista skenaarioista se on ainoa, joka voi selittää kaikki tietojen ominaisuudet', Schneiderman sanoo. ”Tämän ikäisissä järjestelmissä odotamme jättimäisiä vaikutuksia ja odotamme jättimäisten vaikutusten olevan todella yleisiä. Aikataulut toimivat, ikä toimii ja morfologiset ja koostumuksen rajoitukset toimivat. Ainoa uskottava prosessi, joka voi tuottaa hiilimonoksidia tässä järjestelmässä, on jättimäinen isku.'
CO:n löytäminen HD 172555:n ympäriltä voisi olla todellinen siunaus nuorten aurinkokuntien tutkimukselle.
'Nyt on mahdollisuus tulevaan työhön tämän järjestelmän ulkopuolella', Schneiderman sanoo. 'Näytämme, että jos löydät hiilimonoksidia paikasta ja morfologiasta, joka on yhdenmukainen jättimäisen iskun kanssa, se tarjoaa uuden tavan etsiä jättimäisiä iskuja ja ymmärtää, miten roskat käyttäytyvät jälkimainingeissa.'
Lisää:
- Lehdistötiedote: Tähtitieteilijät havaitsevat merkkejä ilmakehästä, joka on irronnut planeetalta jättimäisen törmäyksen aikana
- Julkaistu tutkimus: Hiilimonoksidikaasu, joka syntyy jättimäisellä törmäyksellä nuoren järjestelmän sisäalueella
- Universumi tänään: Protoplanetaariset levyt heittävät ulos enemmän materiaalia kuin muuttuvat planeetoiksi