Bukti tumbukan raksasa dalam sistem bintang terdekat yang melucuti atmosfer sebuah planet

Tabrakan planet seperti itu mungkin biasa terjadi di tata surya muda, tetapi mereka belum diamati secara langsung.

Sistem planet yang lebih muda umumnya mengalami sakit pertumbuhan yang parah, karena tubuh bayi bertabrakan dan menyatu untuk membentuk planet yang semakin besar. Di tata surya kita, Bumi dan Bulan dianggap sebagai produk dari jenis tumbukan raksasa ini. Para astronom percaya bahwa tabrakan seperti itu seharusnya biasa terjadi pada sistem awal, tetapi mereka sulit untuk diamati di sekitar bintang lain.

Sekarang para astronom di Dengan, dan Universitas Nasional Irlandia di Galway dan Universitas Cambridge dan di tempat lain telah menemukan bukti tabrakan raksasa di sistem bintang terdekat, hanya 95 tahun cahaya dari Bumi. Bintang, yang disebut HD 172555, berusia sekitar 23 juta tahun, dan para ilmuwan menduga bahwa debunya mengandung jejak dampak baru-baru ini.

Tim yang dipimpin oleh Massachusetts Institute of Technology mengamati bukti lebih lanjut dari dampak raksasa di sekitar bintang. Mereka menentukan bahwa tabrakan kemungkinan besar terjadi antara sebuah planet seukuran Bumi dan yang lebih kecil setidaknya 200.000 tahun yang lalu, pada 10 kilometer per detik, atau lebih dari 22.000 mil per jam.

Yang terpenting, mereka mendeteksi gas yang menunjukkan bahwa tumbukan berkecepatan tinggi seperti itu kemungkinan akan meledakkan bagian dari atmosfer planet yang lebih besar – sebuah peristiwa menarik yang akan menjelaskan gas dan debu yang diamati di sekitar bintang. Hasilnya, yang muncul hari ini di sifat pemarah, mewakili deteksi pertama dari jenisnya.

“Ini adalah pertama kalinya kami mendeteksi fenomena ini, pengupasan atmosfer protoplanet dalam dampak raksasa,” kata penulis utama Tajana Schneiderman, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet di MIT. “Semua orang tertarik untuk mengamati efek raksasa karena kami mengharapkannya menjadi umum, tetapi kami tidak memiliki bukti dalam banyak sistem untuk itu. Sekarang kami memiliki wawasan tambahan tentang dinamika ini.”

sinyal yang jelas

Bintang HD 172555 telah menjadi subjek intrik di antara para astronom karena komposisi debunya yang tidak biasa. Pengamatan dalam beberapa tahun terakhir telah menunjukkan bahwa debu bintang mengandung sejumlah besar mineral yang tidak biasa, dalam butiran yang jauh lebih halus daripada yang diperkirakan para astronom untuk cakram puing-puing bintang yang khas.

“Karena dua faktor ini, HD 172555 dianggap sebagai sistem yang aneh ini,” kata Schneiderman.

Dia dan rekan-rekannya bertanya-tanya apa yang mungkin diungkapkan oleh gas tentang sejarah dampak sistem. Mereka melihat data yang diperoleh sebelumnya Alma, Array Milimeter Besar Atacama di Chili, yang mencakup 66 teleskop radio, jarak di antaranya dapat disesuaikan untuk menambah atau mengurangi resolusi gambarnya. Tim melihat data dari arsip publik ALMA, mencari tanda-tanda karbon monoksida di sekitar bintang terdekat.

“Ketika orang ingin mempelajari gas dalam piringan puing, karbon monoksida adalah yang paling terang, dan karenanya lebih mudah ditemukan,” kata Schneiderman. “Jadi, kami melihat data karbon monoksida untuk HD 172555 lagi karena ini adalah sistem yang menarik.”

setelahnya

Dengan analisis ulang yang cermat, tim dapat mendeteksi karbon monoksida di sekitar bintang. Ketika mereka mengukur kelimpahannya, mereka menemukan bahwa gas tersebut membentuk 20 persen karbon monoksida di dalamnya Venus‘ Suasana. Mereka juga mencatat bahwa gas itu mengorbit dalam jumlah besar, secara mengejutkan dekat dengan bintang, sekitar 10 AU, atau 10 kali jarak antara Bumi dan Matahari.

“Kehadiran karbon monoksida dalam jarak dekat ini memerlukan beberapa penjelasan,” kata Schneiderman.

Itu karena karbon monoksida biasanya mengalami fotodisosiasi, sebuah proses di mana foton dari bintang pecah dan menghancurkan molekul. Pada jarak dekat, biasanya ada sangat sedikit karbon monoksida di dekat bintang. Oleh karena itu, kelompok tersebut menguji skenario yang berbeda untuk menjelaskan kemunculan gas yang melimpah.

Mereka dengan cepat mengesampingkan skenario di mana gas berasal dari puing-puing bintang yang baru terbentuk, serta skenario di mana gas dihasilkan oleh sabuk asteroid es di dekatnya. Mereka juga mempertimbangkan skenario di mana gas dipancarkan dari banyak komet es yang mengalir dari sabuk asteroid yang jauh, mirip dengan sabuk Kuiper kita sendiri. Tetapi datanya juga tidak sesuai dengan skenario itu. Skenario terakhir yang dipertimbangkan tim adalah gas yang tersisa dari benturan raksasa.

“Dari semua skenario, hanya dia yang bisa menjelaskan semua fitur data,” kata Schneiderman. “Dalam sistem zaman ini, kami berharap akan ada efek raksasa, dan kami berharap efek raksasa benar-benar sangat umum. Skala waktu bekerja, usia bekerja, batasan morfologis dan komposisi bekerja. Satu-satunya proses yang masuk akal yang dapat menghasilkan karbon monoksida di sistem ini dalam konteks ini. Ini adalah dampak yang sangat besar.”

Tim memperkirakan bahwa gas itu dilepaskan dari tabrakan raksasa yang terjadi setidaknya 200.000 tahun yang lalu – cukup baru sehingga bintang itu tidak punya waktu untuk menghancurkan gas sepenuhnya. Bergantung pada kelimpahan gas, dampaknya kemungkinan besar, melibatkan dua protoplanet, kemungkinan seukuran Bumi. Efeknya begitu besar sehingga kemungkinan menyebabkan sebagian atmosfer planet meledak, dalam bentuk gas yang diamati tim hari ini.

“Sekarang ada potensi untuk pekerjaan di masa depan di luar sistem ini,” kata Schneiderman. “Kami menunjukkan bahwa jika Anda menemukan karbon monoksida di lokasi dan morfologi yang kompatibel dengan tumbukan raksasa, ini memberikan cara baru untuk mencari dampak raksasa dan memahami bagaimana perilaku puing-puing setelahnya.”

kata Helk Schleichting, profesor ilmu Bumi, planet dan ruang angkasa di UCLA, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut. “Ini juga membuka kemungkinan untuk mempelajari komposisi atmosfer planet surya tambahan yang mengalami dampak besar, yang pada akhirnya dapat membantu menjelaskan keadaan atmosfer planet terestrial selama fase dampak raksasa mereka.”

Referensi: “Karbon monoksida dari dampak raksasa di bagian dalam sistem muda” oleh Tajana Schneiderman, Luca Matra, Alan B. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Krall, Sebastian Marino, Karen I. Oberg, dan Kate Yell. Su, David J. Wellner dan Mark C. White, 20 Oktober 2021, Tersedia di sini. sifat pemarah.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

Penelitian ini didukung sebagian oleh ALMA Observatory dan Simons Foundation.