Pressemeddelelse

Sne i et meget ungt solsystem

Et frossent grænseskel mellem planet- og kometdannelse

18. juli 2013

En frostlinje er blevet set i et meget fjernt og ungt solsystem for første gang nogensinde. Det forventes at frostlinjen, der befinder sig i skiven omkring den sollignende stjerne TW Hydrae, vil give større viden om, hvordan planeter og kometer dannes, og hvilke faktorer der spiller ind i deres opbygning og solsystemets historie. Resultaterne publiceres i dag i Science Express.

Astronomer har brugt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til at tage det første billede af frostlinjen i et solsystem, der befinder sig i sin spæde ungdom. På Jorden dannes frostlinjer i store højder, hvor de faldende temperaturer får fugten i luften til at blive til sne. Denne linje kan tydeligt ses på et bjerg, hvor de snedækkede toppe slutter, og den stensækkede overflade begynder.

Frostlinjen omkring unge stjerner dannes på en lignende måde, i de fjerne koldere områder af skiven som solsystemet bliver dannet ud fra. Hvis man går fra stjernen i centrum og udad, er vand (H₂O) det første der fryser, hvilket danner den første frostlinje. Længere væk fra stjernen falder temperaturen og mere eksotiske molekyler kan fryse og blive til sne, det er molekyler som kuldioxid (CO₂), metan (CH₄) og kulilte (CO). Disse forskellige typer sne danner et klistret ydre lag på støvkornene, og spiller herved en afgørende rolle i at hjælpe støvkornene med at modstå at blive slået i stykker, når de kolliderer. Dette gør støvkornene til de vigtige byggesten for planeter og kometer. Sneen gør også mængden af fast stof større, og sætter hastigheden for planetdannelsesprocesserne op.

De forskellige frostlinjer for vand, kuldioxid, metan og kulilte kan hver især kædes sammen med dannelsen af en bestemt type planet [1]. Omkring en sollignende stjerne i et solsystem som vores eget, vil vand-frostlinjen ligge i en afstand lignende den mellem Mars og Jupiter, og kulilte-frostlinjen vil ligge i samme afstand som Neptun.

Frostlinjen der blev set af ALMA, viser det første glimt af kulilte-frostlinjen omkring TW Hydrae, en ung stjerne der ligger 175 lysår fra Jorden. Astronomerne mener, at dette vordende solsystem har mange af de samme egenskaber som vores solsystem, da det var blot få millioner år gammelt.

"ALMA har givet os det første virkelige billede på en frostlinje omkring en ung stjerne, hvilket er ekstremt spændende fordi det fortæller os om den første periode af vores Solsystem," siger Chunhua "Charlie" Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA) en af de to hovedforfattere til artiklen. "Vi kan nu se førhen skjulte detaljer omkring de frosne ydre egne af et andet solsystem, der er magen til vores eget."

Men tilstedeværelsen af kulilte-frostlinjen kan have en større indvirkning end bare dannelsen af planeter. Kulilte-is er nødvendig for at kunne danne metanol, hvilket er en af byggestenene, der er nødvendige for at danne de mere indviklede organiske molekyler, der er essentielle for liv. Hvis kometer har bragt disse molekyler til de nydannede jordlignende planeter, ville der eksistere alle de nødvendige ingredienserne for liv.

Før nu har man aldrig kunne se frostlinjerne direkte, fordi de altid blev dannet i det forholdsvis smalle plan af den protoplanetariske skive, derfor har deres præcise beliggenhed og udstrækning ikke førhen kunne bestemmes. Over og under dette smalle område hvor frostlinjen findes, forhindrer stråling fra stjernen at is kan dannes. Støvet og gassens koncentration i den centrale skive er nødvendigt for at skærme området fra stråling, så kulilte og andre gasser kan fryse.

Dette hold af astronomer har haft succes med at kigge inden i denne skive, helt indtil hvor sneen er blevet dannet, på grundt af et klogt trick. I stedet for at lede efter sneen – der ikke kan observeres direkte – har de i stedet ledt efter et molekyle ved navn diazenylium (N₂H⁺), der skinner klart i millimeterområde af spektret, hvilket gør det til et perfekt på for et teleskop som ALMA. De skrøbelige molekyler bliver let ødelagt når de findes sammen med kulilte-gas, og vil derfor kun kunne ses i områder hvor kulilte er blevet til sne og derfor ikke længere kan ødelægge det. Det vil derfor sige at nøglen til at finde kulilte sne ligger i at finde diazenylium.

ALMAs unikke følsomhed og opløsning har gjort det muligt for astronomer at følge tilstedeværelsen og fordelingen af diazenylium, og finde en klar grænse der ligger 30 astronomiske enheder fra stjernen (30 gange afstanden mellem Jorden og Solen). Dette giver et negativt billede af kulilte-sneen i skiven der omgiver TW Hydrae, der så kan bruges til at se, om kulilte-frostlinjen ligger præcist hvor teorien forudser at den skulle være – den indre grænse af diazenylium ringen.

"Vi brugte kun 26 af ALMAs samlede 66 antenner. Indikationer af frostlinjer omkring andre stjerner dukker allerede op i andre ALMA observationer, og vi er overbeviste om, at når alle antennerne bruges vil det afsløre mange flere og give yderligere indsigt i dannelsen og udviklingen af planeter. Bare vent og se," konkluderer Michiel Hoherheijde fra Leiden Observatory i Holland.

Noter

[1] For eksempel dannes stenplaneter på den indre side af grænsen på vand-frostlinjen (tættest på stjernen), hvor der kun kan findes støv. I den yderste gange kan gigantiske is-planeter dannes på den ydre side af kulilte-frostlinjen.

Mere information

Denne forskning blev præsenteret i en artikel der kan ses d. 18. juli 2013 i Science Express.

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.

Forskningsholdet bestod af C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, USA), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), P. d’Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan, USA, S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, USA), M. R. Hogerheijde (Leiden Observatory, Leiden University, Holland) og E. F. van Dishoeck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Tyskland).

Qi og Öberg var begge hovedforfattere på denne artikel.

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

• Mere om ALMA
• Billede af ALMA
• Pressemeddelelse fra NRAO

Kontakter

Chunhua Qi
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Cambridge, Mass., USA
Tel: +1 617 495 7087
E-mail: cqi@cfa.harvard.edu

Michiel Hogerheijde
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 6 4308 3291
E-mail: michiel@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 eso1333 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.