En videnskabeligt nøjagtig model af Beta Pictoris og disken. Klik for at forstørre
Diskerne med gas og støv, der omgiver nyfødte stjerner, er kendt som proto-planetariske diske; der menes at være regioner, hvor planeter i sidste ende vil danne sig. Disse diske forsvinder, når stjernerne modnes, men nogle stjerner kan stadig ses med en sky af materiale omkring dem kaldet affaldsskiver. En af de mest berømte af disse er disken omkring Beta Pictoris, der ligger kun 60 lysår væk.
Planeter dannes i skiver af gas og støv, der omgiver nyfødte stjerner. Sådanne diske kaldes proto-planetariske diske. Støvet i disse diske bliver stenede planeter som Jorden og de indre kerner i kæmpe gasplaneter som Saturn. Dette støv er også et lager af elementer, der danner grundlaget for livet.
Proto-planetariske diske forsvinder, når stjerner modnes, men mange stjerner har, hvad der kaldes affaldsskiver. Astronomer antager, at når genstande som asteroider og kometer er født fra den proto-planetariske disk, kan kollisioner blandt dem producere en sekundær støvskive.
Det mest kendte eksempel på sådanne støvskiver er den, der omgiver den anden lyseste stjerne i stjernebilledet Pictor, der betyder ”malerens staffeli”. Denne stjerne, kendt som Beta Pictoris eller Beta Pic, er en meget nær Solens nabo, kun 60 lysår væk, og derfor let at studere i detaljer.
Beta Pic er dobbelt så lys som solen, men lyset fra disken er meget svagere. Astronomer Smith og Terrile var de første til at opdage dette svage lys i 1984 ved at blokere lyset fra selve stjernen ved hjælp af en teknik kaldet coronagraphy. Siden da har mange astronomer observeret Beta Pic-disken ved hjælp af stadig bedre instrumenter og jord- og rumbaserede teleskoper for at forstå detaljeret planetenes fødested og dermed livet.
Et team af astronomer fra National Astronomical Observatory of Japan, Nagoya University og Hokkaido University kombinerede flere teknologier for første gang for at få et infrarødt polarisationsbillede af Beta Pic-disken med bedre opløsning og højere kontrast end nogensinde før: et stort blænde-teleskop ( Subaru-teleskopet med sit store 8,2 meter primære spejl), adaptiv optik-teknologi og en koronagrafisk billedmand, der er i stand til at tage billeder af lys med forskellige polarisationer (Subaru's Coronagraphic Imager med Adaptive Optics, CIAO).
Et stort blænde-teleskop, især med Subarus store billedkvalitet, gør det muligt at se svagt lys i høj opløsning. Adaptiv optik-teknologi reducerer Jordens atmosfære forvrængende effekter på lys og tillader observationer i højere opløsning. Coronagraphy er en teknik til at blokere lys fra en lys genstand, såsom en stjerne, for at se svagere genstande i nærheden af den, såsom planeter og støv, der omgiver en stjerne. Ved at observere polariseret lys kan reflekteret lys skelnes fra lys, der kommer direkte fra dets oprindelige kilde. Polarisering indeholder også information om størrelsen, formen og justeringen af støv, der reflekterer lys.
Med denne kombination af teknologier lykkedes teamet at observere Beta Pic i infrarødt lys to mikrometer i bølgelængde med en opløsning på en femtedel af et buesekund. Denne opløsning svarer til at kunne se et individuelt riskorn fra en kilometer væk eller et sennepsfrø fra en kilometer væk. Opnåelse af denne opløsning repræsenterer en enorm forbedring i forhold til sammenlignelige tidligere polarimetriske observationer fra 1990'erne, der kun havde opløsninger på cirka halvandet buesekund.
De nye resultater antyder kraftigt, at Beta Pic's disk indeholder planetimaler, asteroide eller kometlignende objekter, der kolliderer for at generere støv, der reflekterer stjernelys.
Polarisering af det lys, der reflekteres fra disken, kan afsløre de fysiske egenskaber på disken, såsom sammensætning, størrelse og distribution. Et billede af alle de to mikrometer bølgelængdelys viser den lange tynde struktur på disken, der næsten er kantet på. Polariseringen af lyset viser, at ti procent af det to mikrometerlys er polariseret. Polarisationsmønsteret indikerer, at lyset er en reflektion af lys, der stammer fra den centrale stjerne.
En analyse af, hvordan lysstyrken på disken ændres med afstanden fra den centrale, viser et gradvist fald i lysstyrken med en lille svingning. Den svage svingning i lysstyrke svarer til variationer i diskens densitet. Den mest sandsynlige forklaring er, at tættere regioner svarer til, hvor planetesimaler kolliderer. Lignende strukturer er set tættere på stjernen i tidligere observationer ved længere bølgelængder ved hjælp af Subarus COoled Mid-Infrared Camera and Spectrograph (COMICS) og andre instrumenter.
En lignende analyse af, hvordan mængden af polarisering ændres med afstanden fra stjernen, viser et fald i polarisering i en afstand af hundrede astronomiske enheder (en astronomisk enhed er afstanden mellem Jorden og Solen). Dette svarer til et sted, hvor lysstyrken også falder, hvilket antyder, at der i denne afstand fra stjernen er færre planetesimaler.
Da teamet undersøgte modeller af Beta Pic-disken, der kan forklare både de nye og gamle observationer, fandt de, at støvet på Beta Pic's disk er mere end ti gange større end typiske kerner af interstellært støv. Beta Pics støvskive er sandsynligvis lavet af mikrometer store løse klumper af støv og is som små små bakterier i støvhår.
Tilsammen giver disse resultater meget stærkt bevis for, at disken omkring Beta Pic er genereret af dannelsen og kollisionen af planetesimaler. Detaljeringsniveauet for denne nye information styrker vores forståelse af det miljø, i hvilke planeter formes og udvikler sig.
Motohide Tamura, der leder teamet, siger, at “få mennesker har været i stand til at studere planetenes fødested ved at observere polariseret lys med et stort teleskop. Vores resultater viser, at dette er en meget givende tilgang. Vi planlægger at udvide vores forskning til andre diske for at få et omfattende billede af, hvordan støv omdannes til planeter. ”
Disse resultater blev offentliggjort i den 20. april 2006, udgaven af Astrophysical Journal.
Holdmedlemmer: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Nagoya University, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Hokkaido University)
Denne forskning blev støttet af Japans ministerium for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi gennem en tilskud til videnskabelig forskning i prioriterede områder til "Udvikling af ekstra-solplanetisk videnskab."
Original kilde: NAOJ News Release
