Pressmeddelande

ALMA upptäcker kometfabrik

“Stoftfälla” kring en ung stjärna löser långvarig planetgåta

6 juni 2013

Med det nya teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har astronomer avbildat ett område omkring en ung stjärna där stoftpartiklar kan växa sig större genom att packa ihop sig. Det är första gången en sådan så kallad stoftfälla har otvetydigt observerats och modellerats. Upptäckten löser ett långvarigt mysterium om hur partiklarna av stoft och damm som samlas i skivor runt stjärnor kan växa sig större och bilda kometer, planeter och andra steniga kroppar. Forskningsresultaten publiceras i tidskriften Science den 7 juni 2013.

Idag vet astronomerna att planeter som kretsar kring andra stjärnor är vanliga. Men man förstår inte exakt hur de bildas, och för de som studerar hur kometer, planeter och andra steniga kroppar bildas väntar många mysterier på en lösning. Men nya observationer med det kraftfulla teleskopet ALMA hjälper till att svara på en av de viktigaste frågorna: hur kan de pyttesmå stoftkornen i skivan omkring en ung stjärna växa sig större och större - för att till slut kunna bilda stenskrot i rymden med storlek på en meter eller större?

Datormodeller har visat att stoftkorn runt en stjärna kan växa i storlek genom att kollidera och fastna i varandra. Men när dessa större, sammansatta stoftkorn sedan kolliderar med varandra vid höga hastigheter slås de i småbitar och får börja om på ruta ett. Även i de fall då detta inte händer visar beräkningarna att de större stoftkornen snabbt kan röra sig inåt för att till slut falla in i stjärnan, tack vare friktion mellan stoftet och gasen, och då inte ha någon chans att kunna växa sig större.  

På något sätt måste stoftkornen hitta en ett säkert gömställe där de kan fortsätta växa tills de är tillräckligt stora för att överleva på egen hand [1]. Tidigare har idén om sådana “stoftfällor” lanserats av forskare, men något observationellt bevis på att de existerar har inte funnits - fram tills nu.

Nienke van der Marel, doktorand vid Leidenobservatoriet i Nederländerna, är första författare av artikeln som beskriver forskningsresultaten. Hon använde ALMA tillsammans med sina medarbetare för att studera skivan i ett förmodat ungt solsystem som kallas Oph-IRS 48 [2]. Runt stjärnan i systemet, upptäckte de, kretsade en ring av gas med ett glapp i mitten av den som troligen skapats av en än så länge osynlig planet eller kompanjonstjärna. Tidigare observationer med ESO:s teleskop VLT har visat att de pyttesmå stoftpartiklarna i systemet också bildade en liknande ringstruktur. Men den nya bilden som ALMA gav av stoftpartiklarna av millimeterstorlek och var de låg i rymden var mycket annorlunda!

– Från början kom stoftets fördelning runt stjärnan som en total överaskning för oss. Istället för den ring som vi hade förväntat oss att se, hittade vi något som tydligt liknar en cashewnöt! Först var vi tvungna att övertyga oss själva att det vi sett verkligen var riktig, men tack vare den starka signalen och ALMA-observationernas skärpa fanns det ingen tvivel om dess form. Sedan gick det upp för oss vi vad vi hade hittat, säger Nienke van der Marel.

Vad man hade upptäckt var alltså ett område där större stoftkorn låg infångade och där de kunde växa sig mycket större genom att kollidera och fastna på varandra. Det var en stoftfälla - precis det som teoretikerna letade efter.

Nienke van der Marel förklarar:

– Det är troligt att det vi tittar på är ett slags kometfabrik, då förhållandena är de rätta för partiklar att växa från millimeterstorlek till kometstorlek. Stoftet kan sannolikt inte bilda fullstora planeter så här långt ut från stjärnan. Men inom en nära framtid kommer ALMA kunna observera samma slags mekanismer i stoftfällor närmare sina stjärnor. Sådana fällor skulle verkligen kunna vara som vaggor för nyfödda planeter.

Stoftfällan bildas då större stoftpartiklar rör sig mot områden med högre tryck. Datorberäkningar har visat att sådana områden kan uppkomma tack vare rörelser i gasen vid kanten av hål eller glapp i gasen, precis som glappet som också hittats i den här skivan.

Cornelis Dullemond vid Institutet för teoretisk astrofysik i Heidelberg, Tyskland, är medlem i teamet men även expert på hur stoft utvecklas i skivor och hur de modelleras.

– Kombinationen av modellering och högkvalitativa observationer med ALMA gör detta till ett unikt projekt. När dessa observationer gjordes arbetade vi på modeller som förutsade exakt dessa slags strukturer: ett riktigt sammanträffande.  

Observationerna gjordes medan ALMA fortfarande byggdes färdigt. Man använde ALMA:s Band 9-mottagare [3], som byggts i Europa och som gjort det möjligt för ALMA att ta sina skarpaste bilder hittills.

Ewine van Dishoeck, astronom vid Leidenobservatoriet, där man i över 20 år bidragit i stor grad till ALMA-projektet, kommenterar.

– Dessa observationer visar att ALMA klarar av att ge banbrytande forskningsresultat även med mindre än hälften av antennerna som utgör dess fulla styrka. Det otroliga språnget i både känslighet och bildskärpa i just Band 9 ger oss möjligheten att studera grundläggande processer inom planetbildning på sätt som helt enkelt inte tidigare varit möjliga, säger hon.

Noter

[1] Stoftfällan uppstår tack vare en virvel i gasen i skivan som tros ha levnadstid på några hundra tusen år. Även när stoftfällan slutar fungera kan det ta miljontals år för stoftet som samlats i fällan att spridas ut. Det ger gott om tid för stoftkornen att växa sig ännu större.

[2] Namnet är en kombinationen namnet på stjärnbilden där systemet finns, och objektets typ. Oph står alltså för stjärnbilden Ormbäraren (Ophiuchus), och IRS står för infraröd källa (InfraRed Source).

[3] ALMA kan observera i många olika frekvensband. Band 9, som observerar strålning med våglängder av 0,4-0,5 millimeter, är det band som ger ALMA:s skarpaste bilder hittills.

Mer information

Resultaten presenteras i en artikel “A major asymmetric dust trap in a transition disk”, av van der Marel m. fl., som publiceras i tidskriften Science den 7 juni 2013.

Teamet består av Nienke van der Marel (Leidenobservatoriet, Leiden, Nederländerna), Ewine F. van Dishoeck (Leidenobservatoriet; Max-Planck-Institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian centret för astrofysik, Cambridge, USA [CfA]), Paola Pinilla (Heidelberguniversitet, Heidelberg, Tyskland), Cornelis P. Dullemond (Heidelberguniversitet), Tim A. van Kempen (Leidenobservatoriet; Joint ALMA Offices, Santiago, Chile), Markus Schmalzl (Leidenobservatoriet), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Kavli institutet för astronomi och astrofysik, Pekinguniversitet, Beijing, Kina), Geoffrey S. Mathews (Leidenobservatoriet) och Vincent Geers (Dublins institut för avancerade studier, Dublin, Irland).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Bilder på ALMA
• Bilder tagna med ALMA 
• Pressreleaser från ALMA

Kontakter

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

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 5814
E-post: 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-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1325 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.