Những vụ va chạm hành tinh như vậy có thể là phổ biến trong các hệ Mặt trời trẻ, nhưng chúng chưa được quan sát trực tiếp.

Các hệ hành tinh trẻ hơn thường trải qua những cơn đau ngày càng nghiêm trọng, khi cơ thể trẻ sơ sinh va chạm và hợp nhất để hình thành các hành tinh lớn dần. Trong hệ mặt trời của chúng ta, Trái đất và Mặt trăng được cho là sản phẩm của loại va chạm khổng lồ này. Các nhà thiên văn học tin rằng những vụ va chạm như vậy đã xảy ra phổ biến trong các hệ thống sơ khai, nhưng chúng rất khó quan sát xung quanh các ngôi sao khác.

Giờ đây, các nhà thiên văn học ở Với, và Đại học Quốc gia Ireland ở Galway và Đại học Cambridge và những nơi khác đã phát hiện ra bằng chứng về một vụ va chạm khổng lồ trong một hệ sao gần đó, chỉ cách Trái đất 95 năm ánh sáng. Ngôi sao, được gọi là HD 172555, khoảng 23 triệu năm tuổi và các nhà khoa học nghi ngờ rằng bụi của nó mang dấu vết của một vụ va chạm gần đây.

Nhóm nghiên cứu do Viện Công nghệ Massachusetts dẫn đầu đã quan sát thêm bằng chứng về một vụ va chạm khổng lồ xung quanh ngôi sao. Họ xác định rằng vụ va chạm rất có thể xảy ra giữa một hành tinh có kích thước gần bằng Trái đất và một hành tinh nhỏ hơn cách đây ít nhất 200.000 năm, với tốc độ 10 km / giây hoặc hơn 22.000 dặm / giờ.

Điều quan trọng, họ phát hiện ra khí cho thấy rằng một vụ va chạm tốc độ cao như vậy có thể sẽ thổi bay một phần khí quyển của hành tinh lớn hơn – một sự kiện thú vị sẽ giải thích cho khí và bụi quan sát được xung quanh ngôi sao. Các kết quả, xuất hiện hôm nay trong bản chất nóng nảy, đại diện cho phát hiện đầu tiên của loại hình này.

Tác giả chính Tajana Schneiderman, một nghiên cứu sinh tại Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh tại MIT cho biết: “Đây là lần đầu tiên chúng tôi phát hiện hiện tượng này, tước bỏ bầu khí quyển của các hành tinh trong một vụ va chạm khổng lồ. “Mọi người đều quan tâm đến việc quan sát một hiệu ứng khổng lồ bởi vì chúng tôi mong đợi nó là phổ biến, nhưng chúng tôi không có bằng chứng trong nhiều hệ thống cho điều đó. Bây giờ chúng tôi có thêm cái nhìn sâu sắc về những động lực này.”

tín hiệu rõ ràng

Ngôi sao HD 172555 đã trở thành chủ đề thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học do thành phần bất thường của bụi của nó. Các quan sát trong những năm gần đây đã chỉ ra rằng bụi sao chứa một lượng lớn các khoáng chất bất thường, trong các loại ngũ cốc mịn hơn nhiều so với mong đợi của các nhà thiên văn đối với một đĩa mảnh vụn sao điển hình.

Schneiderman nói: “Do hai yếu tố này, HD 172555 được cho là hệ thống đặc biệt này.

Cô và các đồng nghiệp tự hỏi khí có thể tiết lộ điều gì về lịch sử tác động của hệ thống. Họ đã xem xét dữ liệu thu được trước đó Alma, Atacama Large Millimeter Array ở Chile, bao gồm 66 kính thiên văn vô tuyến, khoảng cách giữa các kính này có thể được điều chỉnh để tăng hoặc giảm độ phân giải của hình ảnh. Nhóm nghiên cứu đã xem xét dữ liệu từ các kho lưu trữ công cộng của ALMA, tìm kiếm các dấu hiệu của carbon monoxide xung quanh các ngôi sao gần đó.

Schneiderman nói: “Khi mọi người muốn nghiên cứu khí trong các đĩa vụn, carbon monoxide là chất sáng nhất, và do đó dễ tìm thấy hơn. “Vì vậy, chúng tôi đã xem xét lại dữ liệu carbon monoxide cho HD 172555 vì nó là một hệ thống thú vị.”

trong hậu quả

Bằng cách phân tích lại cẩn thận, nhóm nghiên cứu có thể phát hiện carbon monoxide xung quanh ngôi sao. Khi họ đo độ phong phú của nó, họ phát hiện ra rằng khí tạo thành 20% carbon monoxide trong đó sao Kim‘ Không khí. Họ cũng lưu ý rằng khí quay xung quanh với số lượng lớn, rất gần với ngôi sao, ở khoảng 10 AU, hoặc 10 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời.

Schneiderman nói: “Sự hiện diện của carbon monoxide trong khoảng cách gần này đòi hỏi một số lời giải thích.

Đó là bởi vì carbon monoxide thường chịu sự phân ly quang học, một quá trình trong đó các photon từ một ngôi sao vỡ ra và phá hủy phân tử. Ở cự ly gần, thường có rất ít carbon monoxide gần ngôi sao. Do đó, nhóm đã thử nghiệm các kịch bản khác nhau để giải thích sự xuất hiện nhiều của khí.

Họ nhanh chóng loại trừ một kịch bản trong đó khí có nguồn gốc từ mảnh vỡ của một ngôi sao mới hình thành, cũng như kịch bản trong đó khí được tạo ra bởi một vành đai tiểu hành tinh băng giá gần đó. Họ cũng xem xét một kịch bản trong đó khí được phát ra từ nhiều sao chổi băng giá chảy từ một vành đai tiểu hành tinh xa xôi, tương tự như vành đai Kuiper của chúng ta. Nhưng dữ liệu cũng không hoàn toàn phù hợp với kịch bản đó. Kịch bản cuối cùng mà nhóm nghiên cứu xem xét là khí còn sót lại sau một vụ va chạm khổng lồ.

Schneiderman nói: “Trong tất cả các tình huống, chỉ có anh ấy mới có thể giải thích tất cả các đặc điểm của dữ liệu. “Trong các hệ thống của thời đại này, chúng tôi mong đợi rằng sẽ có những hiệu ứng khổng lồ và chúng tôi kỳ vọng rằng những hiệu ứng khổng lồ thực sự rất phổ biến. Quy mô thời gian, tác dụng của tuổi tác, các hạn chế về hình thái và thành phần là công việc. Quá trình hợp lý duy nhất có thể tạo ra carbon monoxide trong hệ thống này đang ở trong bối cảnh này. Đó là một tác động rất lớn. “

Nhóm nghiên cứu ước tính rằng khí được giải phóng từ một vụ va chạm khổng lồ xảy ra cách đây ít nhất 200.000 năm – gần đây đủ để ngôi sao không có thời gian để phá hủy hoàn toàn khí. Tùy thuộc vào sự phong phú của khí, tác động có thể là rất lớn, liên quan đến hai tiền hành tinh, có thể là kích thước của Trái đất. Hiệu ứng lớn đến mức nó có khả năng khiến một phần khí quyển của hành tinh nổ tung, ở dạng khí mà nhóm nghiên cứu quan sát được ngày nay.

Schneiderman nói: “Hiện có tiềm năng cho công việc trong tương lai bên ngoài hệ thống này. “Chúng tôi cho thấy rằng nếu bạn tìm thấy carbon monoxide ở một vị trí và hình thái tương thích với một vụ va chạm khổng lồ, nó sẽ cung cấp một cách mới để tìm kiếm các tác động khổng lồ và hiểu cách các mảnh vỡ hoạt động sau đó.”

Helk Schleichting, giáo sư về Trái đất, khoa học hành tinh và không gian tại UCLA, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết. “Nó cũng mở ra khả năng nghiên cứu thành phần khí quyển của các hành tinh mặt trời khác đang trải qua các tác động khổng lồ, điều này cuối cùng có thể giúp làm sáng tỏ trạng thái khí quyển của các hành tinh trên cạn trong giai đoạn va chạm khổng lồ của chúng.”

Tham khảo: “Carbon monoxide từ một tác động khổng lồ bên trong hệ thống trẻ” của Tajana Schneiderman, Luca Matra, Alan B. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Krall, Sebastian Marino, Karen I. Oberg và Kate Yell. Su, David J. Wellner và Mark C. White, ngày 20 tháng 10 năm 2021, Có sẵn tại đây. bản chất nóng nảy.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi Đài quan sát ALMA và Quỹ Simons.