"Ooompah, loompah, roopity rust ... ALMA finder kometer gemmer sig i støv." Ifølge mange undersøgelser gennem de seneste år er astronomer opmærksomme på, at planeter ser ud til at være overalt omkring stjerner. Takket være et sødt teleskop, Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), har videnskaben nu taget et stort skridt fremad for at forstå, hvordan minuscule støvkorn i en protoplanetær disk kan en dag udvikle sig til et større format.
Lidt mindre end 400 lysår fra Jorden er et ungdommeligt solsystem, der er katalogiseret som Oph IRS 48. I billeder taget af dets ydre perimetre har astronomer hentet en vital ledetråd i dens hvirvlende masser af støv - en halvmåneformet område kaldet " støvfælde ”. Forskere mener, at dette område kan være en beskyttende kokon, der giver klippeformationer mulighed for at tage form. Hvorfor er en sådan region vigtig? Det er den smadrende faktor. Når astronomer forsøger at modellere støv til stenede formationer, har de fundet partiklerne selvdestruktive ... enten ved at styrte ind i hinanden eller blive trukket ind i den centrale stjerne. For at de skal komme forbi en bestemt størrelse, skal de ganske enkelt have et beskyttelsesområde for at give dem mulighed for at vokse.
"Der er en stor hindring i den lange kæde af begivenheder, der fører fra små støvkorn til objekter i planetstørrelse," sagde Til Birnstiel, forsker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass., Og medforfatter til papiret offentliggjort i tidsskriftet Science. ”I computermodeller til planetdannelse skal støvkorn vokse fra submicronstørrelser til genstande op til ti gange jordens masse på bare et par millioner år. Men når partiklerne vokser sig større nok, begynder de at øge hastigheden og enten kolliderer, sender dem tilbage til firkantet eller kører langsomt indad og forhindrer yderligere vækst. ”
Så hvor kan en nyfødt planet, komet eller asteroide gemme sig? Nienke van der Marel, en ph.d.-studerende ved Leiden Observatorium i Holland, og hovedforfatter af artiklen, brugte ALMA sammen med sine kolleger for at se nærmere på Oph IRS 48 og opdagede en torus med gas med en central hul. Dette fravær af støvpartikler var meget anderledes end tidligere resultater, der blev samlet på ESOs Very Large Telescope.
”Først kom formen på støvet på billedet som en overraskelse for os,” siger van der Marel. ”I stedet for den ring, vi havde forventet at se, fandt vi en meget klar cashewnødderform! Vi måtte overbevise os selv om, at denne funktion var reel, men det stærke signal og skarphed i ALMA-observationer efterlod ingen tvivl om strukturen. Så indså vi, hvad vi havde fundet. ”
En overraskelse? Det kan du tro. Hvad holdet afslørede, var et område, hvor store støvkorn forblev fangne og kunne fortsætte med at vinde masse, efterhånden som flere og flere korn kolliderede og smeltede sammen. Her var ”støvfælden”, som teoretikere forudsagde.
Indlæser afspiller ...
Så hvad udgør det? For at holde støvkornene sammen og danne kræver en hvirvel - et område med højt tryk for at beskytte dem. For at danne denne hvirvel, skal der være en stor genstand til stede, enten en ledsagerstjerne eller en gasgigant. Ligesom en båd, der skyller gennem algefyldte farvande, ville den sekundære genstand på planetdisken rydde en sti i dens kølvandet og frembringe de kritiske hvirvler og hvirvler, der er nødvendige for at danne støvfangeren. Mens tidligere undersøgelser af Oph IRS 48 afslørede en stiv ring af kuliltegas kombineret med støv, var der ingen observeret "fælde". Det betyder dog ikke, at observationen var negativ. Astronomer afslørede også et mellemrum mellem de indre og ydre dele af solsystemet - et fingerpeg om tilstedeværelsen af det nødvendige store legeme.
Betingelserne var rigtige for en mulig støvfælde. Indtast ALMA. Nu var forskerne i stand til at se både gas og større støvkorn på samme tid. Disse nye observationer førte til en opdagelse, som intet andet teleskop endnu havde afsløret ... en skæv bukke i den ydre del af disken.
Som van der Marel forklarer: ”Det er sandsynligt, at vi ser på en slags kometfabrik, da betingelserne er rigtige for, at partiklerne vokser fra millimeter til kometstørrelse. Det er ikke sandsynligt, at støvet danner planeter i fuld størrelse i denne afstand fra stjernen. Men i den nærmeste fremtid vil ALMA være i stand til at observere støvfælder tættere på deres overordnede stjerner, hvor de samme mekanismer er på arbejde. Sådanne støvfælder ville virkelig være vuggerne til nyfødte planeter. ”
Når større partikler vandrer mod områder med højere tryk, tager støvfangeren form. For at validere deres fund anvendte forskerne computermodellering for at vise, at et højtryksregion kunne opstå som følge af gasens bevægelse ved åbningskanterne. Det stemmer overens med observation af Oph IRS 48-disken.
”Kombinationen af modelleringsarbejde og observationer af høj kvalitet af ALMA gør dette til et unikt projekt”, siger Cornelis Dullemond fra Institut for Teoretisk Astrofysik i Heidelberg, Tyskland, der er ekspert på støvudvikling og skivemodellering og et medlem af teamet . ”Omkring det tidspunkt, hvor disse observationer blev opnået, arbejdede vi på modeller, der forudsagde nøjagtigt disse slags strukturer: et meget heldigt tilfældighed.”
”Denne struktur, som vi ser med ALMA, kunne nedskaleres for at repræsentere, hvad der kan ske i det indre solsystem, hvor flere jordlignende stenede planeter ville danne,” sagde Birnstiel. "I tilfælde af disse iagttagelser ser vi dog muligvis noget analogt med dannelsen af vores sols Kuiper Belt eller Oort Cloud, regionen i vores solsystem, hvor det antages, at kometer stammer fra."
Som den drømmefabrik i vores barndom er ALMA stadig under opførelse. Disse unikke observationer blev taget med ALMA Band 9-modtagere - europæisk fremstillet instrumentering, der tillader ALMA at levere sine skarpeste, mest detaljerede billeder indtil videre.
”Disse observationer viser, at ALMA er i stand til at levere transformationsvidenskab, selv med mindre end halvdelen af det fulde array i brug,” siger Ewine van Dishoeck fra Leiden-observatoriet, der har været en stor bidragyder til ALMA-projektet i mere end 20 år . ”Det utrolige spring i både følsomhed og skarphed i billedet i Band 9 giver os muligheden for at studere grundlæggende aspekter af planetdannelse på måder, der simpelthen ikke var muligt før.”
Original historiekilde: ESO News Release. For yderligere læsning: NRAO-nyhedsmeddelelse.
