Światło ultrafioletowe ujawnia nowe informacje na temat mechanizmów FU Orionis.
W 1936 roku młoda gwiazda FU Orionis (FU Ori) dramatycznie pojaśniała, stając się znacznie jaśniejsza. Od tego czasu jego jasność stopniowo malała. Początkowo uważana za odosobniony przypadek, FU Ori jest obecnie rozpoznawana jako część rzadkiej grupy młodych, turbulentnych gwiazd zwanych obiektami FU Ori, znanych z nagłego i ekstremalnego wzrostu jasności.
Aby odkryć, co napędza te dramatyczne wybuchy, zespół astronomów wykorzystał tę metodę[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>NASA’s Hubble Space Telescope to study FU Ori in ultraviolet light. Their observations revealed surprising and groundbreaking details about the interaction between the star’s surface and its surrounding accretion disk.
Hubble Space Telescope Finds Sizzling Details About Young Star FU Orionis
In 1936, astronomers observed a mysterious event in the constellation Orion: the young star FU Orionis (FU Ori) suddenly became 100 times brighter in just a few months. At its peak, FU Ori shone with 100 times the luminosity of our Sun. Unlike an exploding star, however, its brightness has only gradually faded over the decades.
Recently, a team of astronomers used NASA’s Hubble Space Telescope to investigate FU Ori in ultraviolet light. They aimed to better understand the interaction between the star’s surface and its accretion disk—a structure that has been funneling gas onto the star for nearly 90 years. Their findings revealed that the inner edge of the disk, where it contacts the star, is extraordinarily hot, defying current theoretical models.
These observations were made using Hubble’s COS (Cosmic Origins Spectrograph) and STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) instruments, providing the first far-ultraviolet and new near-ultraviolet spectral data of FU Ori.
“We were hoping to validate the hottest part of the accretion disk model, to determine its maximum temperature, by measuring closer to the inner edge of the accretion disk than ever before,” said Lynne Hillenbrand of Caltech in Pasadena, California, and a co-author of the paper. “I think there was some hope that we would see something extra, like the interface between the star and its disk, but we were certainly not expecting it. The fact we saw so much extra — it was much brighter in the ultraviolet than we predicted — that was the big surprise.”
Exploring Stellar Accretion Mechanisms
Originally deemed to be a unique case among stars, FU Ori exemplifies a class of young, eruptive stars that undergo dramatic changes in brightness. These objects are a subset of classical T Tauri stars, which are newly forming stars that are building up by accreting material from their disk and the surrounding nebula. In classical T Tauri stars, the disk does not touch the star directly because it is restricted by the outward pressure of the star’s magnetic field.
The accretion disks around FU Ori objects, however, are susceptible to instabilities due to their enormous mass relative to the central star, interactions with a binary companion, or infalling material. Such instability means the mass accretion rate can change dramatically. The increased pace disrupts the delicate balance between the stellar magnetic field and the inner edge of the disk, leading to material moving closer in and eventually touching the star’s surface.
The enhanced infall rate and proximity of the accretion disk to the star make FU Ori objects much brighter than a typical T Tauri star. In fact, during an outburst, the star itself is outshined by the disk. Furthermore, the disk material is orbiting rapidly as it approaches the star, much faster than the rotation rate of the stellar surface. This means that there should be a region where the disk impacts the star and the material slows down and heats up significantly.
“The Hubble data indicates a much hotter impact region than models have previously predicted,” said Adolfo Carvalho of Caltech and lead author of the study. “In FU Ori, the temperature is 16,000 kelvins [nearly three times our Sun’s surface temperature]. Ta skwiercząca temperatura jest prawie dwukrotnie większa od wartości obliczonej przez wcześniejsze modele. Stanowi to wyzwanie i zachęca nas do zastanowienia się, jak można wytłumaczyć taki skok temperatury”.
Aby zająć się znaczącą różnicą temperatur między wcześniejszymi modelami a najnowszymi obserwacjami Hubble’a, zespół proponuje poprawioną interpretację geometrii wewnętrznego obszaru FU Ori: materia dysku akrecyjnego zbliża się do gwiazdy, a gdy dotrze do powierzchni gwiazdy, następuje gorący szok. wytwarzany, który emituje dużo światła ultrafioletowego.
Przetrwanie planety wokół FU Ori
Zrozumienie mechanizmów szybkiego procesu akrecji FU Ori odnosi się szerzej do idei powstawania i przetrwania planet.
„Nasz poprawiony model oparty na danych z Hubble’a nie jest całkowicie złą wiadomością dla ewolucji planet, jest raczej mieszanką” – wyjaśnił Carvalho. „Jeśli planeta w trakcie formowania znajduje się daleko w dysku, wybuchy z obiektu FU Ori powinny mieć wpływ na to, jaki rodzaj substancji chemicznych ostatecznie odziedziczy planeta. Ale jeśli powstająca planeta znajduje się bardzo blisko gwiazdy, to jest to nieco inna historia. W ciągu kilku wybuchów każda planeta formująca się bardzo blisko gwiazdy może szybko przesunąć się do wewnątrz i ostatecznie połączyć się z nią. Możesz stracić lub przynajmniej całkowicie usmażyć skaliste planety powstające w pobliżu takiej gwiazdy.”
Trwają dodatkowe prace związane z obserwacjami UV z Hubble’a. Zespół dokładnie analizuje różne widmowe linie emisyjne wielu pierwiastków obecnych w widmie COS. Powinno to dostarczyć dalszych wskazówek na temat środowiska FU Ori, takich jak kinematyka napływającego i wypływającego gazu w obszarze wewnętrznym.
„Wiele z tych młodych gwiazd jest spektroskopowo bardzo bogatych w zakresie fal dalekiego ultrafioletu” – stwierdził Hillenbrand. „Połączenie Hubble’a, jego rozmiarów i zasięgu fal, a także szczęśliwych okoliczności FU Ori, pozwala nam zajrzeć głębiej w silnik tego fascynującego typu gwiazdy niż kiedykolwiek wcześniej.”
Ustalenia te zostały opublikowane w The Listy do dzienników astrofizycznych.
Odniesienie: „A Far-ultrafiolet-detect Accretion Shock at the Star-Disk Boundary of FU Ori” autorstwa Adolfo S. Carvalho, Lynne A. Hillenbrand, Kevina France’a i Gregory’ego J. Herczega, 23 września 2024 r., Listy z dziennika astrofizycznego.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad74eb
Obserwacje wykonano w ramach programu General Observer 17176.
Kosmiczny Teleskop Hubble’a działa od ponad trzydziestu lat i nadal dokonuje przełomowych odkryć, które kształtują nasze podstawowe rozumienie wszechświata. Hubble to projekt międzynarodowej współpracy NASA i ESA (Europejska Agencja Kosmiczna). Centrum lotów kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland zarządza teleskopem i operacjami misji. Lockheed Martin Space z siedzibą w Denver wspiera również operacje misyjne w Goddard. The Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych w Baltimore, prowadzony przez Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań nad Astronomią, prowadzi operacje naukowe Hubble’a dla NASA.
