eso1325fi — Tutkimustiedote

ALMA löysi komeettatehtaan

Uudet havainnot nuorta tähteä ympäröivästä "tomuloukusta" ratkaisevat pitkäkestoisen arvoituksen planeettojen muodostumisesta

6. kesäkuuta 2013

Uutta ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) käyttäneet tähtitieteilijät ovat kuvanneet nuorta tähteä ympäröivää aluetta, jossa tomuhiukkaset kasvavat kasautumalla yhteen. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen tomuloukku on selvästi havaittu ja mallinnettu. Se ratkaisee kauan vallinneen arvoituksen siitä kuinka kiekkojen tomuhiukkaset kasvavat suuremmiksi niin, että ne voivat myöhemmin muodostaa komeettoja, planeettoja ja muita kiinteitä kappaleita. Tutkimustulokset julkaistaan julkaisusarjan Science numerossa 7. kesäkuuta 2013.

Tähtitieteilijät tietävät nyt, että muita tähtiä ympäröi runsaasti planeettoja. He eivät kuitenkaan vielä täysin ymmärrä kuinka ne muodostuvat. Myös komeettojen, planeettojen ja muiden kiinteiden kappaleiden muodostumisessa on useita seikkoja, jotka ovat yhä arvoitus. ALMA:n tehokkuutta hyödyntävät uudet havainnot ovat nyt kuitenkin vastaamassa yhteen suurimmista kysymyksistä: kuinka nuorta tähteä ympäröivässä kiekossa olevat pikkuruiset tomuhiukkaset kasvavat suuremmiksi ja suuremmiksi — tullakseen ennen pitkää kivimurskaksi ja jopa hyvän matkaa metriä suuremmiksi lohkareiksi.

Tietokonemallit vihjaavat, että tomuhiukkaset kasvavat törmätessään ja tarrautuessaan toisiinsa. Kun nämä suuremmat rakeet törmäävät uudelleen suurilla nopeuksilla, ne kuitenkin usein pirstoutuvat palasiksi ja kierros alkaa alusta. Jopa silloin, kun näin ei tapahdu, mallit osoittavat, että suuremmat rakeet liikkuvat nopeasti sisäänpäin tomun ja kaasun välisen kitkan vaikutuksesta ja putoavat emotähteensä. Näin niiden ei ole mahdollista kasvaa enää suuremmiksi.

Jotenkin tomu tarvitsee turvapaikan, jossa hiukkaset voivat jatkaa kasvamistaan kunnes ne ovat tarpeeksi suuria selvitäkseen omillaan [1]. Sellaisia "tomuloukkuja" on ehdotettu, mutta tähän mennessä niiden olemassaolosta ei ollut minkäänlaisia havaintotodisteita.

Nienke van der Marel, Alankomaalaisen Leidenin observatorion jatko-opiskelija ja tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja, käytti työtovereineen ALMA:a tutkiakseen kiekkoa järjestelmässä, jonka nimi on Oph-IRS 48 [2]. He huomasivat, että tähteä ympäröi kaasun rengas, jossa on keskellä todennäköisesti näkymättömän planeetan tai tähtikumppanin muodostama aukko. Varhaisemmat ESO:n VLT-teleskoopilla tehdyt havainnot ovat jo osoittaneet, että pienempiä tomuhiukkasi muodostui myös samankaltaisen rengasrakenteen sisällä. Uusi ALMA-kuva, josta suurempia, millimetrin kokoisia tomuhiukkasia löytyi, oli hyvin erilainen!

"Alkuunsa tomun muoto kuvassa tuli meille täydellisenä yllätyksenä," sanoo van der Marel. "Odottamamme renkaan sijaan me löysimme hyvin selvän cashew-pähkinän muodon! Meidän piti vakuuttaa itsemme siitä, että tämä piirre oli todellinen, mutta ALMA-havaintojen vahva signaali ja terävyys eivät jättäneet epäilystäkään rakenteesta. Silloin ymmärsimme, mitä olimme löytäneet."

Se mitä oli havaittu, oli alue, johon suuremmat tomuhiukkaset olivat jääneet loukkuun ja saattavat kasvaa huomattavasti suuremmiksi törmäämällä ja takertumalla toisiinsa. Tämä oli tomuloukku — juuri sellainen, jota teoreetikot olivat etsineet.

Kuten van der Marel selittää: "On todennäköistä, että näemme tietyntyyppisen komeettatehtaan, sillä olosuhteet ovat oikeat hiukkasille kasvaa millimetristä komeetan kokoisiksi. Tomu ei todennäköisesti muodosta täysikokoisia planeettoja tällä etäisyydellä tähdestä. Lähitulevaisuudessa ALMA pystyy kuitenkin havaitsemaan tomuloukkuja lähempänä emotähteään, missä vaikuttavat samat mekanismit. Sellaiset tomuloukut voisivat todella olla vastasyntyneiden planeettojen kehtoja."

Tomuloukku muodostuu, kun suuremmat tomuhiukkaset siirtyvät suuremman paineen suuntaan. Tietokonemallit ovat osoittaneet, että tällaiset suuren paineen alueet voivat saada alkunsa kaasun liikkeistä tässä kiekossa havaitun kaltaisen kaasuaukon reunalla.

"Mallintamisen ja korkealaatuisten ALMA-havaintojen yhdistelmä tekee tästä ainutlaatuisen projektin," sanoo Cornelis Dullemond Heidelbergin Teoreettisen astrofysiikan instituutista, Saksasta. Hän on tomun kehityksen ja kiekkojen mallintamisen asiantuntija, sekä tutkimusryhmän jäsen. "Näiden havaintojen tekemisen aikaan me työstimme malleja, jotka ennustavat täsmälleen tämänkaltaisia rakenteita: todella onnekas sattuma."

Havainnot tehtiin, kun ALMA-verkostoa yhä rakennetaan. He käyttivät ALMA:n taajuusalue 9:n vastaanottimia [3]. Ne ovat Euroopassa valmistettuja laitteita, joilla on saatu tähän mennessä tarkimmat ALMA:n kuvat.

"Nämä havainnot osoittavat, että ALMA kykenee tuottamaan mullistavaa tiedettä, jopa käyttämällä alle puolta koko teleskooppiverkostosta," sanoo Ewine van Dishoeck Leidenin observatoriolta, joka on ollut ALMA-projektin merkittävä myötävaikuttaja yli 20 vuoden ajan. "Taajuusalueen 9 tarjoama uskomaton askel eteenpäin sekä herkkyydessä että kuvanlaadussa antaa meille mahdollisuuden tutkia planeettojenmuodostuksen perustekijöitä tavalla, joka ei yksinkertaisesti ollut aikaisemmin mahdollinen."

Lisähuomiot

[1] Tomuansan aiheuttaja, tässä tapauksessa pyörre kiekon kaasussa, elää tyypillisesti satoja tuhansia vuosia. Silloinkin kun tomuansa lopettaa toimintansa, ansaan kertyneeltä tomulta vie miljoonia vuosia hajaantua, mikä antaa tomuhiukkasille runsaasti aikaa kasvaa suuremmiksi.

[2] Nimi on yhdistelmä järjestelmän käsittävän tähtienmuodostusalueen tähdistön nimestä ja kohteen tyypistä. Siten Oph tarkoittaa Käärmeenkantajan tähdistöä (Ophiuchus) ja IRS tarkoittaa infrapunakohdetta. Etäisyys Maasta Oph-IRS 48 -järjestelmään on noin 400 valovuotta.

[3] ALMA voi tehdä havaintoja eri taajuusalueilla. Aallonpituuksilla 0.4—0.5 millimetriä toimiva taajuusalue 9 on tuottanut tähän mennessä tarkimmat kuvat.

Lisätietoa

Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on yhteistyöhanke johon osallistuvat Eurooppa, Pohjois-Amerikka ja Itä-Aasia yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa, ja Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa “A major asymmetric dust trap in a transition disk“, jonka kirjoittivat van der Marel et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Science 7. kesäkuuta 2013.

Tutkimusryhmään kuuluvat Nienke van der Marel (Leidenin observatorio, Leiden, Alankomaat), Ewine F. van Dishoeck (Leidenin observatorio; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching, Saksa [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA [CfA]), Paola Pinilla (Heidelbergin yliopisto, Heidelberg, Saksa), Cornelis P. Dullemond (Heidelbergin yliopisto), Tim A. van Kempen (Leidenin observatorio; Joint ALMA Offices, Santiago, Chile), Markus Schmalzl (Leidenin observatorio), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Tähtitieteen ja astrofysiikan Kavli-instituutti, Pekingin yliopisto, Peking, Kiina), Geoffrey S. Mathews (Leidenin observatorio) ja Vincent Geers (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Irlanti).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 39-metrin kokoista optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

Yhteystiedot

Rami Rekola
Tuorlan observatorio
Piikkiö, Finland
Puh.: +358 2 333 8981
Matkapuhelin: +358 44 967 2424
Sähköposti: rareko@utu.fi

Nienke van der Marel
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 71 527 8472
Matkapuhelin: +31 62 268 4136
Sähköposti: nmarel@strw.leidenuniv.nl

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 71 527 5814
Sähköposti: ewine@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1325.

Tiedotteesta

Tiedote nr.:eso1325fi
Science data:2013Sci...340.1199V

Kuvat

Taiteilijan näkemys ALMA:n näkemästä komeettatehtaasta
Taiteilijan näkemys ALMA:n näkemästä komeettatehtaasta
ALMA:n kuva järjestelmän Oph-IRS 48 ympärillä olevasta komeettatehtaasta
ALMA:n kuva järjestelmän Oph-IRS 48 ympärillä olevasta komeettatehtaasta
ALMA:n ja VLT:n kuva järjestelmän Oph-IRS 48 ympärillä olevasta komeettatehtaasta
ALMA:n ja VLT:n kuva järjestelmän Oph-IRS 48 ympärillä olevasta komeettatehtaasta
ALMA:n kuva järjestelmän Oph-IRS 48 ympärillä olevasta komeettatehtaasta/tomuloukusta (tekstitetty)
ALMA:n kuva järjestelmän Oph-IRS 48 ympärillä olevasta komeettatehtaasta/tomuloukusta (tekstitetty)
Järjestelmän Oph-IRS 48 sijainti Käärmeenkantajan tähdistössä
Järjestelmän Oph-IRS 48 sijainti Käärmeenkantajan tähdistössä

Videot

ESOcast 58: ALMA löytää komeettatehtaan
ESOcast 58: ALMA löytää komeettatehtaan
Tomuloukkuanimaatio
Tomuloukkuanimaatio
Zoomaten järjestelmään Oph-IRS 48
Zoomaten järjestelmään Oph-IRS 48
Tietokonesimulaatio tomuloukun muodostumisesta
Tietokonesimulaatio tomuloukun muodostumisesta

Katso myös