Disk, ktery nema byt asymetricky
Hvezda s podkovou
HD 142527 je mlada hvezda — pet milionu let, jeste ani nezacala byt dospela. Kolem ni obíha protoplanetarni disk, z ktereho se jednou stanou planety. Az potud nic neobvykleho — protoplanetarnich disku zname tisice.
Ale tenhle disk je jiny. Ma tvar podkovy.
Jizni cast disku je 30krat jasnejsi nez severni. To neni symetricke. Disky by mely byt symetricke — gravitace je symetricka, rotace je symetricka. Neco ten disk deformuje.
A uprostred disku je dira. Obrovska dira — od 10 do 130 AU, tedy od draze Saturnu az za drahu Pluta. V te dire neni skoro zadny prach. Neco ho vymetlo.
Neco — nebo nekdo. V roce 2012 nasli astronomove uvnitr te diry maleho kompaniona: HD 142527 B, cerveneho trpaslika na orbite ~12 AU. Ma dost hmotnosti na to, aby vymetl vnitrni disk? Mozna. Ma dost hmotnosti na to, aby vysvetlil asymetrii vnejsiho disku? Ne.
Tri teorie asymetrie
Astronomove maji tri hlavni vysvetleni, proc je disk tak nesymetricky:
1. Vortex — giganticky vir v disku, ktery zachytava prach jako oko hurikanu. Prachove castice se hromadi v antikyklonalnim vortexu a vytvareji jasny hot spot. Tohle je aktualne vedouci teorie.
2. Gravitacni nestabilita — disk je tak hmotny (odhadem 0.13 M☉), ze jeho vlastni gravitace vytvari spiralni ramena a zhusteni. Podkova je jeden rameno, ne vir.
3. Interakce s planetou — dosud nevidena planeta na vnejsi hrane mezery (kolem 130 AU) vytváří Lagrangeovsky bod L4/L5, ve kterem se hromadi material. Problem: takova planeta by musela byt masivni a zatim ji nikdo nevisel.
Ktera teorie je spravna? Mozna zadna z nich sama o sobe. HD 142527 je system, kde vsechny tri mechanismy mohly pusobit soucasne.
Laborator formovani planet
HD 142527 je jednim z nejvice studovanych protoplanetarnich systemu, protoze ukazuje formovani planet v akci. Disk neni staticky — proudy plynu pretekaji pres mezeru z vnitrniho disku do vnejsiho, jako vodopady v kosmickem meritku.
ALMA (Atacama Large Millimeter Array) ukazala, ze v jiznim zhusteni disku je koncentrace prachu tak vysoka, ze by mohla kolabovat vlastni gravitaci — a vytvorit planetesimaly. Mozna planety.
Jsme svedky narozeni planetarniho systemu. Ne v simulaci, ne v modelu — v realnych datech. Hvezda stara 5 milionu let, s diskem ktery se lame, hromadi se a mozna prave ted tvori neco, co za miliardu let bude obihana obloha.
TESS data
TESS pozoroval HD 142527 ve dvou sektorech: 12 (2019) a 65 (2023). Celkem 32 965 mereni s kadenci 120 sekund.
Variace jasu: pouhych 2.86 %. To je prekvapive malo pro hvezdu s tak dramatickym diskem. Ale TESS meri opticky tok hvezdy — ne disk samotny. Disk sviti hlavne v infracervenem a submilimetrovem svetle. V optickém vidime hvezdu a jeji bezprostredni okoli.
Nejvyssi periodogramovy pik: 4.614 dne. To muze byt rotacni perioda hvezdy (Herbig Ae/Be hvezdy rotují typicky 1-10 dnu) nebo orbitalni perioda vnitrniho materialu na hrane vnitrniho disku (0.3 AU → P ~ 30 dnu, takze 4.6 dne je prilis kratke na disk). Spise jde o rotaci hvezdy s horkymi skvrnami od akrece.
Entropie protoplanetarniho disku
Eta = 0.174 — blizko Epsilon Aurigae (0.124) a Eta Carinae (0.146). Nizka entropie s dominanci nizkych frekvenci (BASY 99.9 %).
Ale pozor na interpretaci. HD 142527 neni nizkoentropicka protoze ma cisty periodickyy signal jako Mira. Je nizkoentropicka protoze ma velmi malou variabilitu (2.86 %) a ta variabilita je soustredena v nizkych frekvencich — pomale zmeny, zadne rychle flickers.
To dava smysl: mlada hvezda s pomalu se menici akreci z vnitrniho disku. Zadne erupce, zadna zatmeni, zadne vybuchy. Jen pomaly rytmus rotace a akrece.
Srovnani s dalsimi objekty: BL Lac ma taky 99 % v BASY — ale s variacemi 91 %. HD 142527 ma 99.9 % v BASY — ale s variacemi 2.9 %. Stejna frekvencni distribuce, radove jiny amplituda. Entropie je podobna, protoze meri tvar spektra, ne jeho silu.
Architektura systemu
HD 142527 je Herbig Ae/Be hvezda — predchudce hvezdy typu A na hlavni posloupnosti. Hmotnost 2 Slunci, svitivost 16 Slunci, povrchova teplota 6500 K. Jeste spaluje deuterium a stahuje se ke hlavni posloupnosti.
Disk kolem ni ma tri odlisne zony:
Vnitrni disk (0.3–10 AU): tenky, horky, s plynovou emisí. Zdroj blizkeho infracerveneho prebytku.
Mezera (10–130 AU): prakticky prazdna. Vymetena kompanionem B a mozna dalsimi telesy. Ale ne uplne prazdna — ALMA detekovala plynnove proudy pretekajici pres mezeru.
Vnejsi disk (130–200 AU): masivni, asymetricky, s podkovou na jihu. Tady se deje hlavni akce — hromadeni prachu, mozna vortex, mozna gravitacni kolaps.
Cely system je naklonen 28° vuci nasi linii pohledu — vidime ho skoro z vrchu, coz je stesti. Proto vidime asymetrii tak jasne.
Svetelna krivka
Svetelna krivka HD 142527 je klidna. Variace pod 3 %, pomale vlneni s quasi-periodou kolem 4.6 dne. Zadne dramaticke propady jako u R CrB, zadne predvidatelne zatmeni jako u Algolu.
Ale v te klidne krivce je skryta informace. Mala kolísání mohou odrazet zmeny v akrecni rychlosti z vnitrniho disku na hvezdu. Kazda zmena toku materialu se projevi jako mala zmena jasu — horke skvrny na povrchu, kde akretovany material dopadá.
Dva TESS sektory (2019 a 2023) ukazuji podobny charakter — nizka amplituda, bez dramatickych udalosti. HD 142527 je klidna hvezda s bourlívym diskem. Bourek v disku se v TESS datech neprojevuji — jsou prilis pomale a prilis daleko od hvezdy.
Disk jako zrcadlo budoucnosti
HD 142527 je zrcadlo. Ukazuje nam, jak mohla Slunecni soustava vypadat pred 4.5 miliardami let — mlada hvezda, protoplanetarni disk, mezera vymetena formujicimi se planetami.
Ale je to krive zrcadlo. Nas system byl pravdepodobne symetrictejsi — nemame dukazy o tak extremni podkove. HD 142527 je specialni pripad, kde interakce kompaniona, hmotnost disku a mozna neviditelne planety vytvaraji jednu z nejvice deformovanych protoplanetarnich struktur, jake zname.
Na nasi entropicke skale ukazuje, jaky spektralni podpis ma hvezda obklopena aktivnim diskem. Variabilita pochazi z vnitrniho disku — nestabilni akrece, prachove stiny, mozna protoplanetarni interakce. Nic z toho neni periodicke v klasickem smyslu. Je to mlady system, ktery jeste nenasel svuj rytmus.
Kde se potkáváme s konvenční fyzikou
HD 142527 má podkovovitý protoplanetární disk s asymetrií 30:1 (van der Marel et al. 2013). Vortex zachycující prach. Průvodce HD 142527 B odpovídá za mezeru 10-130 AU (Biller et al. 2012). ALMA potvrdila akrecní proud přes mezeru. Ale proč asymetrie přetrvává? Konvenční modely předpovídají rozpad vortexu na kratších škálách.