Et af de i øjeblikket hotteste astrofysiske emner - jagt på jordlignende planeter omkring andre stjerner - har netop modtaget en vigtig drivkraft fra nye spektrale observationer med MIDI-instrumentet på ESO VLT Interferometer (VLTI).
Et internationalt team af astronomer [2] har opnået unikke infrarøde spektre af støvet i de inderste regioner af de proto-planetariske skiver omkring tre unge stjerner - nu i en tilstand, der muligvis meget ligner den, som vores solsystem var ved at skabe, ca. 4.500 for millioner år siden.
Rapportering i denne uges udgave af videnskabstidsskriftet Nature, og takket være det uovertrufne, skarpe og gennemtrængende syn på interferometri, viser de, at i alle tre er de rigtige ingredienser til stede på det rigtige sted for at starte dannelse af klippestruder på disse stjerner.
"Sand" i de indre områder af stjerneskiver
Solen blev født for ca. 4500 millioner år siden fra en kold og massiv sky af interstellar gas og støv, der kollapset under sit eget tyngdepunkt. En støvede disk var til stede omkring den unge stjerne, hvor Jorden og andre planeter, samt kometer og asteroider senere blev dannet.
Denne epoke er længe væk, men vi kan stadig være vidne til den samme proces ved at observere den infrarøde emission fra meget unge stjerner og de støvede protoplanetære diske omkring dem. Indtil videre tillader den tilgængelige instrumentering imidlertid ikke en undersøgelse af fordelingen af de forskellige komponenter af støvet i sådanne skiver; selv de nærmeste kendte er for langt væk til, at de bedste enkelte teleskoper kan løse dem. Men nu, som Francesco Paresce, projektforsker for VLT-interferometer og et medlem af teamet fra ESO forklarer: ”Med VLTI kan vi kombinere lyset fra to godt adskilte store teleskoper for at opnå en hidtil uset vinkelopløsning. Dette har gjort det muligt for os for første gang at kigge direkte ind i disses inderste område omkring nogle nærliggende unge stjerner lige på det sted, hvor vi forventer, at planeter som vores jord dannes eller snart vil danne ”.
Specifikt har nye interferometriske observationer af tre unge stjerner fra et internationalt hold [2] ved hjælp af den kombinerede effekt af to 8,2 m VLT-teleskoper hundrede meter fra hinanden opnået tilstrækkelig billedskarphed (ca. 0,02 bue) til at måle den infrarøde emission fra det indre område af skiverne omkring tre stjerner (svarende til størrelsen på jordens bane rundt om solen) og emissionen fra den ydre del af disse skiver. De tilsvarende infrarøde spektre har givet afgørende information om den kemiske sammensætning af støvet i skiverne og også om den gennemsnitlige kornstørrelse.
Disse markante observationer viser, at den inderste del af skiverne er meget rig på krystallinsk silikatkorn ("sand") med en gennemsnitlig diameter på ca. 0,001 mm. De dannes ved koagulation af meget mindre, amorfe støvkorn, der var allestedsnærværende i den interstellare sky, der fødte stjernerne og deres diske.
Modelberegninger viser, at krystallinske kerner skal være rigeligt til stede i den indre del af disken på tidspunktet for dannelsen af Jorden. Faktisk er meteoritterne i vores eget solsystem hovedsageligt sammensat af denne slags silikat.
Den hollandske astronom Rens Waters, et medlem af teamet fra Astronomical Institute of University of Amsterdam, er begejstret: ”Med alle ingredienserne på plads og dannelsen af større korn fra støv allerede begyndt, dannedes dannelsen af større og større stykker sten og endelig er jordlignende planeter fra disse diske næsten uundgåelige! ”
Transformering af kornene
Det har været kendt i nogen tid, at det meste af støvet i diske omkring nyfødte stjerner består af silikater. I naturen sky er dette støv amorf, dvs. atomer og molekyler, der udgør et støvkorn, er samlet på en kaotisk måde, og kornene er fluffy og meget små, typisk ca. 0,0001 mm i størrelse. I nærheden af den unge stjerne, hvor temperaturen og densiteten er højest, har støvpartiklerne i den omkringliggende stjerneskive en tendens til at klæbe sammen, så kornene bliver større. Desuden opvarmes støvet ved stjernestråling, og dette får molekylerne i kornene til at arrangere sig selv i geometriske (krystallinske) mønstre.
Følgelig omdannes støvet i diskregionerne, der er tættest på stjernen, snart fra "uberørt" (lille og amorf) til "forarbejdet" (større og krystallinsk) korn.
Spektrale observationer af silikatkorn i midten af den infrarøde bølgelængde (ca. 10? M) viser, om de er "uberørte" eller "forarbejdede". Tidligere observationer af diske omkring unge stjerner har vist, at en blanding af uberørt og forarbejdet materiale var til stede, men det var hidtil umuligt at se, hvor de forskellige kerner boede på disken.
Takket være en hundrede gange stigning i vinkelopløsning med VLTI og det meget følsomme MIDI-instrument viser detaljerede infrarøde spektre af de forskellige regioner på de protoplanetære skiver omkring tre nyfødte stjerner, kun et par millioner år gamle, nu at støvet tæt på stjernen er meget mere forarbejdet end støvet i de ydre skiveområder. I to stjerner (HD 144432 og HD 163296) er støvet på den inderste skive ret behandlet, medens støvet i den ydre skive næsten er uberørt. I den tredje stjerne (HD 142527) behandles støvet på hele disken. I det centrale område af denne skive er den ekstremt behandlet og er i overensstemmelse med helt krystallinsk støv.
En vigtig konklusion fra VLTI-observationer er derfor, at byggestenene til jordlignende planeter findes i cirkumstellære skiver helt fra starten. Dette er af stor betydning, da det indikerer, at planeter af den jordiske (stenede) type som Jorden sandsynligvis er ret almindelige i planetariske systemer, også uden for solsystemet.
De uberørte kometer
De nuværende observationer har også konsekvenser for studiet af kometer. Nogle - måske alle - kometer i solsystemet indeholder både uberørt (amorft) og forarbejdet (krystallinsk) støv. Kometer blev bestemt dannet i store afstande fra solen i de ydre regioner af solsystemet, hvor det altid har været meget koldt. Det er derfor ikke klart, hvordan forarbejdede støvkorn kan ende i kometer.
I en teori transporteres forarbejdet støv udad fra den unge sol ved turbulens i den temmelig tætte cirkumsolære skive. Andre teorier hævder, at det forarbejdede støv i kometer blev produceret lokalt i de kolde regioner i meget længere tid, måske ved stødbølger eller lynskruer i disken eller ved hyppige kollisioner mellem større fragmenter.
Det nuværende team af astronomer konkluderer nu, at den første teori er den mest sandsynlige forklaring på tilstedeværelsen af forarbejdet støv i kometer. Dette indebærer også, at kometerne i længere tid, som undertiden besøger os fra ydersiden af vores solsystem, er uberørte organer, der går tilbage til en æra, hvor Jorden og de andre planeter endnu ikke var dannet.
Undersøgelser af sådanne kometer, især når de udføres in situ, giver derfor direkte adgang til det originale materiale, hvorfra solsystemet blev dannet.
Mere information
Resultaterne rapporteret i denne ESO PR præsenteres mere detaljeret i et forskningsdokument “Planets byggesten i den” terrestriske ”region af protoplanetære diske” af Roy van Boekel og medforfattere (Nature, 25. november 2004). Observationer blev foretaget i løbet af ESOs tidlige demonstrationsprogram for videnskab.
Noter
[1]: Denne pressemeddelelse fra ESO udstedes i samarbejde med Astronomisk Institut ved Universitetet i Amsterdam, Holland (NOVA PR) og Max-Planck-Institut for Astronomie (Heidelberg, Tyskland (MPG PR)).
[2]: Holdet består af Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik og Alex de Koter (Astronomisk Institut, University of Amsterdam, Holland), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler og Frank Przygodda (Max-Planck-Institut f. Astronomi, Heidelberg, Tyskland), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schler og Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe og Jeroen de Jong (Leiden Observatory , Holland), Anne Dutrey og Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Frankrig), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Frankrig), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Frankrig) og Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut f? R Radioastronomie, Bonn, Tyskland).
[3]: MIDI-instrumentet er resultatet af et samarbejde mellem tyske, hollandske og franske institutter. Se ESO PR 17/03 og ESO PR 25/02 for mere information.
Original kilde: ESO News Release
