Χρησιμοποιώντας το Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), αστρονόμοι κατέγραψαν μία από τις λεπτομερέστερες τρισδιάστατες εικόνες μέχρι σήμερα ενός μαζικού διπλού αστρικού συστήματος ενώ αυτό βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της γέννησής του. Παρακολουθώντας τις κινήσεις δύο νεαρών, μαζικών άστρων για σχεδόν οκτώ χρόνια, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι το ζεύγος ακολουθεί μια εξαιρετικά επιμήκη τροχιά και περιβάλλεται από δίσκους αερίου με έντονα διαφορετικές κλίσεις, τόσο μεταξύ τους όσο και σε σχέση με την τροχιά των άστρων.
Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι τα δύο άστρα δεν σχηματίστηκαν μαζί μέσα από έναν ενιαίο περιστρεφόμενο δίσκο ύλης, όπως συχνά θεωρείται, αλλά σχηματίστηκαν ανεξάρτητα και αργότερα συναντήθηκαν σε μια κοντινή βαρυτική προσέγγιση. Η ανακάλυψη αυτή αποκαλύπτει έναν νέο πιθανό τρόπο σχηματισμού κοντινών διπλών συστημάτων μαζικών άστρων.
Τα περισσότερα μαζικά άστρα γεννιούνται έχοντας αστρικούς συνοδούς και εκτιμάται ότι τουλάχιστον το 90% ανήκει σε διπλά ή πολλαπλά αστρικά συστήματα. Αυτά τα μαζικά διπλά συστήματα επηρεάζουν δραματικά το περιβάλλον τους, μέσω εκρήξεων υπερκαινοφανών και της παραγωγής βαρέων χημικών στοιχείων. Ωστόσο, επειδή τα περισσότερα γνωστά μαζικά διπλά συστήματα μελετώνται μόνο πολύ μετά την ολοκλήρωση του σχηματισμού τους, οι αστρονόμοι είχαν ελάχιστες ευκαιρίες να παρατηρήσουν την ίδια τη διαδικασία δημιουργίας τους.
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον Yichen Zhang του Shanghai Jiao Tong University, επιχείρησε να αλλάξει αυτή την κατάσταση μελετώντας το σύστημα IRAS 07299−1651, το οποίο περιλαμβάνει δύο μαζικούς πρωτοαστέρες, δηλαδή άστρα που βρίσκονται ακόμη σε φάση ανάπτυξης, συγκεντρώνοντας αέριο και σκόνη από το περιβάλλον τους.
Η ομάδα είχε μελετήσει το συγκεκριμένο σύστημα και στο παρελθόν, το 2019, όταν παρατηρήσεις του ALMA παρείχαν για πρώτη φορά άμεσους δυναμικούς περιορισμούς για το ζεύγος. Τότε, τα αποτελέσματα έμοιαζαν γενικά συμβατά με την καθιερωμένη εικόνα: δύο άστρα που σχηματίζονται μαζί από τον κατακερματισμό ενός μεγάλου δίσκου. Υπήρχε όμως μία λεπτομέρεια που δεν ταίριαζε απόλυτα: οι δίσκοι γύρω από τα δύο άστρα εμφάνιζαν ήδη μια παράξενη ασυμφωνία στις κλίσεις τους.
Για να διερευνήσουν το φαινόμενο σε μεγαλύτερο βάθος, οι ερευνητές πέρασαν σχεδόν οκτώ χρόνια μετρώντας εξαιρετικά μικρές μεταβολές στις θέσεις των δύο άστρων στον ουρανό, μια τεχνική που απαιτεί εξαιρετική ακρίβεια και είναι εφικτή με το ALMA.
«Για πρώτη φορά, μπορέσαμε να παρακολουθήσουμε δύο μαζικά άστρα να κινούνται το ένα γύρω από το άλλο ενώ ακόμη γεννιούνται», δήλωσε ο Yichen Zhang, υπεύθυνος επικοινωνίας της μελέτης.
Η ομάδα συνδύασε αυτή τη μακροχρόνια παρακολούθηση με το ALMA με δεδομένα από το Very Large Array (VLA) του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ, καθώς και με υπέρυθρες εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και το Very Large Telescope (VLT) του ESO, οι οποίες κατέγραψαν πίδακες ύλης που εκτοξεύονται από τα νεαρά άστρα.
Συνολικά, αυτές οι παρατηρήσεις επέτρεψαν στους ερευνητές να ανακατασκευάσουν, για πρώτη φορά, την πλήρη τρισδιάστατη αρχιτεκτονική του συστήματος: τον τρόπο με τον οποίο τα άστρα περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο, τις κλίσεις των δίσκων τους και τον προσανατολισμό των πιδάκων τους στον χώρο.
«Κάθε τηλεσκόπιο αποκάλυψε ένα διαφορετικό κομμάτι του παζλ», δήλωσε ο Rubén Fedriani, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Ο συνδυασμός ραδιοφωνικών και υπέρυθρων παρατηρήσεων προσφέρει την πιο λεπτομερή εικόνα που έχουμε μέχρι σήμερα για τον σχηματισμό του μαζικού διπλού συστήματος πρωτοαστέρων».
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
Τα ευρήματα
Αυτό που ανακάλυψαν οι ερευνητές τούς εξέπληξε. Αντί για μια ομαλή, περίπου κυκλική τροχιά, τα δύο άστρα ακολουθούν μια εξαιρετικά έκκεντρη πορεία, με τις πιθανότερες τροχιακές λύσεις να βρίσκονται κοντά σε παραβολική τροχιά. Επιπλέον, αντί να είναι ευθυγραμμισμένοι, όπως θα αναμενόταν εάν τα δύο άστρα είχαν σχηματιστεί από τον ίδιο δίσκο, οι δίσκοι που τα περιβάλλουν παρουσιάζουν μεγάλες κλίσεις τόσο μεταξύ τους όσο και σε σχέση με την τροχιά του συστήματος.
«Έμοιαζε με την επίλυση ενός τρισδιάστατου παζλ», δήλωσε ο Yao Wang, πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Κάθε νέα παρατήρηση πρόσθετε ένα ακόμη κομμάτι και, τελικά, η τροχιά, οι δίσκοι και οι πίδακες συνδυάστηκαν σε μια ενιαία και συνεκτική εικόνα».
Αυτή η ασύμμετρη και φαινομενικά χαοτική αρχιτεκτονική είναι δύσκολο να εξηγηθεί εάν τα δύο άστρα αναπτύχθηκαν μαζί μέσα στον ίδιο δίσκο. Σε ένα τέτοιο σενάριο, θα αναμενόταν να έχουν κληρονομήσει παρόμοιους και καλά ευθυγραμμισμένους άξονες περιστροφής.
Αντίθετα, τα στοιχεία δείχνουν μια διαφορετική ιστορία προέλευσης: τα δύο άστρα πιθανότατα άρχισαν να σχηματίζονται ξεχωριστά, μέσα στις δικές τους περιοχές αερίου, πριν μια τυχαία κοντινή συνάντηση τα φέρει στη σημερινή τους διαμόρφωση, ενώ βρίσκονταν ακόμη μέσα στο νεφέλωμα όπου γεννήθηκαν.
Σύμφωνα με αντιπροσωπευτικές τροχιακές λύσεις, τα δύο άστρα πέρασαν σε ελάχιστη απόσταση το ένα από το άλλο μόλις περίπου 60 χρόνια πριν από τις παρατηρήσεις, πρακτικά μια στιγμή σε κοσμική κλίμακα χρόνου. Οι συμπαγείς δίσκοι που παρατηρούνται σήμερα φαίνεται ότι επέζησαν από αυτή την κοντινή συνάντηση, διατηρώντας σαφώς καθορισμένες δομές περιστροφής.
«Η μελέτη αυτή δείχνει ότι τα πρώτα στάδια της ζωής των άστρων μπορεί να είναι αρκετά χαοτικά, με μια τυχαία συνάντηση να οδηγεί σε αυτόν τον βαρυτικό χορό και στη δημιουργία ενός αστρικού ζεύγους», δήλωσε ο Jonathan C. Tan, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Δεν είναι ακόμη βέβαιο εάν τα δύο άστρα θα παραμείνουν για πάντα βαρυτικά δεσμευμένα μεταξύ τους. Η σημερινή τους κίνηση βρίσκεται κοντά στο όριο ανάμεσα σε μια δεσμευμένη τροχιά και σε μια πορεία που θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει στον διαχωρισμό τους. Οι αλληλεπιδράσεις με το αέριο που τα περιβάλλει ενδέχεται ακόμη να καθορίσουν την τελική τους μοίρα. Μελλοντικές παρατηρήσεις αναμένεται να δώσουν πιο σαφή απάντηση.
Σε ευρύτερο πλαίσιο, η μελέτη ανοίγει έναν νέο δρόμο για τη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο δημιουργούνται τα μαζικά διπλά αστρικά συστήματα. Εφαρμόζοντας την ίδια προσέγγιση μακροχρόνιας παρακολούθησης και σε άλλα νεαρά μαζικά διπλά συστήματα, οι αστρονόμοι ελπίζουν να ανακαλύψουν πόσο συχνά κοντινές συναντήσεις όπως αυτή, αντί για την κοινή γέννηση μέσα σε έναν ενιαίο δίσκο, οδηγούν στη δημιουργία των μαζικών διπλών συστημάτων που παρατηρούμε στον Γαλαξία μας.