For første gang har astronomer i uovertruffen detalje observeret de processer, der giver anledning til stjerner og planeter i begynnende solsystemer. Ved hjælp af begge Keck-teleskoper på Mauna Kea på Hawaii udstyret med et specifikt manipuleret instrument ved navn ASTRA (ASTrometrisk og fasehenvist astronomi) kunne Joshua Eisner fra University of Arizona og hans kolleger kaste dybt ind i protoplanetære diske - hvirvlende gasskyer og støv, der fodrer den voksende stjerne i sit centrum og til sidst samles i planeter og asteroider for at danne et solsystem. Hvad de så, er at give indsigt i, hvordan brintgas fra den protoplanetære disk inkorporeres i stjernen.
For at opnå den ekstremt fine opløsning, der er nødvendig for at observere de processer, der sker ved grænsen mellem stjernen og dens omgivende disk 500 lysår fra Jorden, kombinerede teamet lyset fra de to Keck-teleskoper, som giver en vinkelopløsning finere end Hubbles . Eisner og hans team brugte også en teknik kaldet spektroastrometri for at øge opløsningen endnu mere. Ved at måle lyset, der stammer fra de protoplanetære diske i forskellige bølgelængder med begge Keck-teleskopspejle og manipulere det yderligere med ASTRA, opnåede forskerne den opløsning, der var nødvendig for at observere processer i centre for de begynnende solsystemer.
"Den vinkelopløsning, du kan opnå med Hubble-rumteleskopet, er omkring 100 gange for grov til at kunne se, hvad der foregår lige uden for en begynnende stjerne, der ikke er meget større end vores sol," sagde Eisner. Med andre ord, selv en protoplanetær disk, der er tæt nok til at blive betragtet i nærheden af vores solsystem, ville fremstå som en uovertruffen klods.
Med denne nye teknik var teamet i stand til at skelne mellem fordelingen af gas, for det meste bestående af brint og støv, hvorved diskens funktioner blev løst.
”Vi var i stand til at komme virkelig, virkelig tæt på stjernen og se lige på grænsefladen mellem den gasrige protoplanetære disk og stjernen,” sagde Eisner.
Protoplanetære diske dannes i stjerneskoler, når skyer af gasmolekyler og støvpartikler begynder at kollapse under påvirkning af tyngdekraften.
Oprindeligt drejede langsomt, skyens voksende masse og tyngdekraft får den til at blive mere tæt og mere kompakt. Bevarelsen af rotationsmomentum fremskynder skyen, når den krymper, ligesom en kunstskøjteløber snurrer hurtigere, når hun trækker i armene. Centrifugalkraften flater skyen ind i en spindeskive af hvirvlende gas og støv, hvilket til sidst giver anledning til planeter, der kredser om deres stjerne i omtrent det samme plan.
Astronomer ved, at stjerner erhverver masse ved at inkorporere en del af brintgas i disken, der omgiver dem, i en proces kaldet akkretion, som kan ske på en af to måder.
I et scenarie sluges gas, når den vasker op til stjernens fyrige overflade.
I det andet, meget mere voldelige scenarie, skubber de magnetiske felter, der fejer fra stjernen, den gader, der nærmer sig, og får den til at samle sig, hvilket skaber et mellemrum mellem stjernen og dens omgivende disk. I stedet for at springe på stjernens overflade, bevæger hydrogenatomer sig langs magnetfeltlinjerne som på en motorvej og bliver superopvarmede og ioniserede i denne proces.
”Når den først er fanget i stjernens magnetfelt, tragtes gassen langs feltlinierne, der bukker ud over og under diskens plan,” forklarede Eisner. "Materialet styrter derefter ned i stjernens polare regioner med høje hastigheder."
I dette inferno, der frigiver energien fra millioner af Hiroshima-store atombomber hvert sekund, skubbes noget af den buede gasstrøm ud af disken og spydes ud langt ud i rummet som interstellar vind.
”Vi vil forstå, hvordan materielt tiltrækker stjernen,” sagde Eisner. "Denne proces er aldrig blevet målt direkte."
Eisners team pegede teleskoperne mod 15 protoplanetære diske med unge stjerner, der varierede i masse mellem halvdelen og 10 gange vores sol.
”Vi kunne med succes forstå, at gassen i de fleste tilfælde konverterer en del af dens kinetiske energi til lys meget tæt på stjernerne” sagde han, et fortællende tegn på det mere voldsomme tiltrædelsesscenarie.
”I andre tilfælde så vi beviser på, at vinde blev lanceret i rummet sammen med materiale, der hæver sig til stjernen,” tilføjede Eisner. ”Vi fandt endda et eksempel - omkring en stjerne med meget høj masse - hvor disken kan nå helt op til den stellare overflade.”
Solsystemerne, som astronomerne valgte til denne undersøgelse, er stadig unge, sandsynligvis et par millioner år gamle.
”Disse diske vil være til stede i et par millioner år mere,” sagde Eisner. ”På det tidspunkt kan de første planeter, gasgiganter, der ligner Jupiter og Saturn, dannes og bruge en masse af diskmaterialet.”
Mere solide, stenede planeter som Jorden, Venus eller Mars, vil ikke være der før meget senere.
”Men byggestenene til dem kunne dannes nu,” sagde han, og derfor er denne forskning vigtig for vores forståelse af, hvordan solsystemer dannes, inklusive dem med potentielt beboelige planeter som Jorden.
”Vi vil se, om vi kan foretage lignende målinger af organiske molekyler og vand i protoplanetære diske,” sagde han. "Det ville være dem, der potentielt giver anledning til planeter med betingelserne for at have livet i livet."
Holdets papir blev offentliggjort i Astrophysical Journal
Paper: Eisner et al. Rumligt og spektralt opløst hydrogengas inden for 0,1 AU fra T Tauri og Herbig Ae / Be Stars.
Kilde: University of Arizona
