Pressemeddelelse

ALMA opdager kometfabrik

Nye observationer af en støvfælde omkring en ung stjerne løser langvarig planetdannelses mysterium

6. juni 2013

Astronomer har brugt det nye Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til at tage billeder af et område omkring en ung stjerne, hvor støvpartikler kan vokse ved at klumpe sig sammen. Dette er første gang, at en sådan støvfælde er blevet tydeligt observeret og modelleret. Det løser et langvarigt mysterium om hvordan støvpartikler, der ligger i skiver omkring stjerner vokser sig større, så de med tiden danner kometer, planeter og andre stenobjekter. Disse resultater publiceres i journalen Science den 7. juni 2013.

Astronomer ved, at der findes masser af planeter omkring andre stjerner. Men de forstår ikke til fulde hvordan de dannes, og mange aspekter af dannelsen af planeter og andre stenobjekter, forbliver et mysterium. Dog har nye observationer udnyttet styrken af ALMA, og kan nu svare på et af de helt store spørgsmål: Hvordan vokser de bittesmå støvpartikler i skiven omkring en ung stjerne sig større og større - for til sidst at blive til småsten og endda klippestykker med størrelser på over en meter?

Computermodeller antyder, at støvkorn vokser når de kolliderer og klæber sammen. Men når de større støvkorn atter støder sammen i høj hastighed, vil de ofte blive smadret i stykker og være tilbage ved startpunktet. Selv når dette ikke sker, vil de større støvkorn hurtigt bevæge sig indad grundet friktion mellem støv og gas og falde ind i deres moderstjerne, hvilket ikke efterlader nogen chance for at de kan vokse yderligere.

Støvet har derfor brug for en ’sikker havn’, hvor partiklerne kan fortsætte med at vokse, indtil de er store nok til at overleve på egen hånd [1]. Sådanne 'støv-fælder' er før blevet forslået, men deres eksistens har aldrig været bevist ved observationer før nu.

Nienke van der Marel, PhD studerende ved Leiden Observatory i Holland og hoveforfatter på artiklen, brugte sammen med sine kollegaer ALMA til at undersøge støvskiven i et system med navnet Oph-IRS 48 [2]. De så at stjernen er omgivet af en ring af gas med et centralt hul, der formodentligt var dannet af en usynlig planet eller ledsagerstjerne. Tidligere observationer med ESOs Very Large Telescope havde allerede vist, at de små støvpartikler også dannede en lignende ringstruktur. Men nye billeder af området hvor de millimeter store støvpartikler blev fundet set med ALMA, var meget anderledes!

"Ved første øjekast kom formen af støvet på dette billede som en total overraskelse for os," siger van der Marel. "I stedet for den ring vi havde forventet at se, fandt vi en meget klar form der lignede en cashewnød! Vi blev nødt til at overbevise os selv om at dette var rigtigt, men det stærke signal og skarphed af ALMA observationerne efterlod ingen tvivl om strukturen. Så indså vi hvad vi havde fundet."

De havde opdaget et område, hvor større støvkorn blev fanget, og kunne vokse sig meget større ved at kollidere og klistre sammen. Dette var en støvfælde – lige præcis hvad teoretikerne havde ledt efter.

Van der Marel forklarer: "Det er muligt at vi ser på en form for kometfabrik, da der er de rigtige forhold til at partiklerne kan vokse fra millimeter til kometstørrelser. I denne afstand til stjernen er det ikke sandsynlig, at støvet vil danne planeter i fuld størrelse. Men meget snart vil ALMA være i stand til at observere støvfælder tættere på deres moderstjerne, hvor de sammen mekanismer finder sted. Sådanne støvfælder vil være vuggen for nyfødte planeter."

Støvfælderne dannes, når større støvpartikler bevæger sig hen imod områder med højere tryk. Computermodeller har vist, at sådanne højtryksområder kan skabes as gassers bevægelse i kanten af et gashul - ligesom det der blev fundet i denne støvskive.

"Kombinationen af computermodelleringsarbejde og observationerne af høj kvalitet fra ALMA gør dette til et unikt projekt," siger Cornelis Dullemond fra Institute of Theoretical Astrophysics i Heidelberg, Tyskland, der er ekspert i støvudvikling og skivemodellering, og et medlem af holdet. "Omkring det tidspunkt hvor disse observationer blev lavet, arbejdede vi på modeller der forudsagde disse arter af strukturer: et meget heldigt sammenfald."

Observationerne blev lavet mens ALMA stadigvæk blev bygget. De brugte ALMA Band 9 modtagerne [3] - europæisk byggede anordninger der gør det muligt for ALMA at producere sine hidtil skarpeste billeder.

"Disse observationer viser, at ALMA er i stand til at levere paradigmeskift i videnskaben, selv med mindre end halvdelen af den fulde samling af teleskoper i brug," siger Ewine van Dishoeck fra Leiden Observatory, der har været en stor bidragyder til AMLA projektet i mere end 20 år. "Det fantastiske spring i både følsomhed og billedskarphed i Band 9, gør det muligt at studere basisaspekter af planetdannelse på måde der simpelthen ikke var mulige førhen."

Noter

[1] Denne støvfælde er skabt af en hvirvelstrøm i skivens gas, og har en typisk levetid på nogle hundrede tusinde år. Selv når støvfælden stopper med at virke, vil der være samlet så meget støv i fælden, at det vil tage millioner af år at opløse, hvilket giver rigelig med tid, til at støvkornene kan vokse sig større.

[2] Navnet er en kombination af det stjernebillede som det stjernedannende område ligger i, og hvilken lyskilde det observeres i. Oph står for stjernebilledet Ophiuchus (Slangeholderen) og IRS står for at det observeret i infrarødt lys. Afstanden mellem Jorden og Oph-IRS 48 er omkring 400 lysår.

[3] ALMA kan lave observationer i flere forskellige frekvensbånd. Band 9 observerer ved bølgelængder omkring 0,4 til 0,5 millimeter, og giver de skarpeste billeder indtil nu.

Mere information

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en international astronomifacilitet, er et partnerskab mellem Europa, Nordamerika og Østasien i samarbejde med Chile. I Europa er ALMA finansieret af det Europæiske Syd Observatorium (ESO), i Nordamerika af U.S. National Science Foundation (NSF) i samarbejde med National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og i Østasien af National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan i samarbejde med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Konstruktionen og driften af ALMA ledes i Europa af ESO, i Nordamerika af National Radio Astronomy Observatory (NRAO), der administreres af Associated Universities, Inc. (AUI), og i Østasien af National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) står for den samlede ledelse og overordnede styring af konstruktionen, ibrugtagningen og driften af ALMA.

Denne forskning præsenteres i artilklen “A major asymmetric dust trap in a transition disk“, af van der Marel et al, der udkommer i journalen Science den 7. juni 2013.

Holdet bestod af Nienke van der Marel (Leiden Observatory, Leiden, Holland), Ewine F. van Dishoeck (Leiden Observatory; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching, Tyskland [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA [CfA]), Paola Pinilla (Heidelberg University, Heidelberg, Tyskland), Cornelis P. Dullemond (Heidelberg University), Tim A. van Kempen (Leiden Observatory; Joint ALMA Offices, Santiago, Chile), Markus Schmalzl (Leiden Observatory), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University, Beijing, Kina), Geoffrey S. Mathews (Leiden Observatory) og Vincent Geers (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Irland). 

ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESOs aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 39 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Billeder af ALMA
• Billeder taget med ALMA
• ALMA pressemeddelelser

Kontakter

Nienke van der Marel
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 8472
Mobil: +31 62 268 4136
E-mail: nmarel@strw.leidenuniv.nl

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 5814
E-mail: ewine@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1325 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.