Pressmeddelande

Stjärnutbrott gör att snölinjen blir synlig

13 juli 2016

Teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har för första gången kunnat urskilja en protoplanetär skivas snölinje. Bortom denna linje är temperaturen i skivan omkring en ung stjärna tillräckligt låg för att snö ska kunna bildas. Snölinjen kunde observeras för första gången tack vare en dramatisk ökning i den unga stjärnan V883 Orionis ljusstyrka. Stjärnan värmde snabbt upp skivans inre delarna, med följden att snölinjen drevs ut till mycket större avstånd än vad som är vanligt för en protostjärna. Forskningsresultaten publiceras 14 juli 2016 i tidsskriften Nature.

Unga stjärnor omringas ofta av täta, roterande skivor av gas och stoft som kallas protoplanetära skivor, och där planeter bildas. Värmen från en typisk ung, sollik stjärna betyder att vattnet i en protoplanetär skiva är i gasform upp till 3 ae från stjärnan [1] – det vill säga mindre än 3 gånger det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen, eller cirka 450 miljoner kilometer [2]. Längre ut, på grund av det extremt låga trycket, omvandlas vattenmolekylerna direkt från gasform och bildar ett tunt lager av is på stoftkorn och andra partiklar. Området i den protoplanetära skivan där vattnet går från sin gasform till fast form kallas för snölinjen [3].

Men V883 Orionis är en ovanlig ung stjärna. En dramatisk ökning i stjärnans ljusstyrka har drivit ut snölinjen till 40 ae (cirka 6 miljarder kilometer, eller ungefär samma avstånd som dvärgplaneten Plutos bana i solsystemet). Det är tack vare denna enorma ljusning, kombinerat med ALMA:s upplösningsförmåga vid långa baslinjer [4], som forskarlaget, som leds av Lucas Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus och Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), för första gången kunnat observera snölinjen för vatten i en protoplanetär skiva.

V883 Orionis plötsliga ökning i ljusstyrka är ett exempel på vad som händer när stora mängder av material från skivan som omringar den unga stjärnan faller ner på stjärnytan. V883 Orionis har en massa som är bara 30 procent större än solen, men tack vare stjärnans pågående utbrott lyser den just nu otroliga 400 gånger starkare än solen – och den är dessutom mycket varmare [5].

Förstaförfattaren Lucas Cieza förklarar.

– Observationerna med ALMA överraskade oss. Vi tog fram observationsmetoden för att titta efter  fragmentering i en skiva, ett förstadium till att planeter bildas. Vi såg inget av detta. Istället hittade vi vad som ser ut som en ring vid 40 ae. Detta visar ALMA:s banbrytande kraft, vilket ger oss spännande resultat trots att de inte är just de som vi letade efter, säger han.

Den smått bisarra idén av snö i omloppsbana i rymden är fundamental för planetbildning. Vattenis behövs för att reglera hur pass effektivt stoftkorn kan slås ihop – första steget mot att planeter bildas. Inuti snölinjen, där vattnet förångas, tror forskare att mindre, steniga planeter som vår jord kan bildas. Närvaron av is utanför snölinjen gör att kosmiska snöbollar kan snabbt bildas, och dessa så småningom blir till tunga gasplaneter som Jupiter.

Upptäckten att dessa utbrott kan driva ut snölinjen till ungefär 10 gånger längre ut från stjärnan än vanligt är viktigt för att man kunna utveckla bra modeller för hur planeter bildas. Då sådana utbrott tros vara ett av stadierna i utvecklingen av de flesta planetsystem kan detta vara en vanlig företeelse som nu observerats för första gången. I så fall kan denna observation med ALMA innebära ett viktigt bidrag till att förbättra vår förståelse för hur planeter i hela universum har bildats och utvecklats.

Noter

[1] En astronomisk enhet – 1 ae – är medelavståndet mellan jorden och solen, cirka 149,6 miljoner kilometer. Detta är en enhet som ofta används för att beskriva avstånd inuti solsystemet och i planetsystem omkring andra stjärnor.

[2] Denna linje låg mellan Mars och Jupiters bana när solsystemet bildades. Därför bildades de steniga planeterna Merkurius, jorden och Mars innanför denna linje, och gasplaneterna Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus bildades utanför.

[3] Snölinjen för andra molekyler, som till exempel kolmonoxid och metan, har tidigare observerats med ALMA inuti andra protoplanetär skivor vid avstånd på mer än 30 ae från protostjärnan. Vatten fryser vid relativt höga temperaturer och detta betyder att snölinjen för vatten ligger vanligtvis alltför nära protostjärnan för att kunna observeras direkt.

[4] Upplösning är förmågan att urskilja objekt som åtskilda. För det mänskliga ögat skulle till exempel flera ljusa facklor på ett avstånd se ut att vara en enda lysande fläck. Bara när man kommer närmare kan man åtskilja de individuella facklorna. Samma princip gäller för teleskop, och dessa nya observationer har utnyttjat ALMA:s fantastiska upplösningsförmåga i dess långbaslinjeläge. Vid avståndet till V883 Orionis motsvarar ALMA.s upplösningsförmåga cirka 12 ae – tillräckligt för att kunna urskilja snölinjen vid 40 ae i ett utbrottsdrabbat system som detta, men inte hos en typisk ung stjärna.

[5] Stjärnor som V883 Orionis klassificeras som FU Orionisstjärnor, efter den första stjärnan som upptäcktes med detta beteende. Utbrotten kan vara i hundratals år.

Mer information

Resultaten presenteras i en forskningsartikel med titeln “Imaging the water snow-line during a protostellar outburst”, av L. Cieza m. fl. och publiceras 14 juli 2016 i tidsskriften Nature.

Forskarlaget består av Lucas A. Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus; Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), Simon Casassus (Universidad de Chile, Santiago, Chile), John Tobin (Leidenobservatoret, Universiteit Leiden, Nederländerna), Steven Bos (Leidenobservatoret, Universiteit Leiden, Nederländerna), Jonathan P. Williams (University of Hawaii at Manoa, Honolulu, Hawai`i, USA), Sebastian Perez (Universidad de Chile, Santiago, Chile), Zhaohuan Zhu (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA), Claudio Cáceres (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Hector Canovas (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Michael M. Dunham (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Antonio Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Jose L. Prieto (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), David A. Principe (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), Matthias R. Schreiber (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Dary Ruiz-Rodriguez (Australian National University, Mount Stromlo Observatory, Canberra, Australien) och Alice Zurlo (Universidad Diego Portales & Universidad de Chile, Santiago, Chile).

Länkar

• Forskningsartikeln

• Bilder på ALMA

Kontakter

Lucas Cieza
Universidad Diego Portales
Santiago, Chile
Tel: +56 22 676 8154
Mobil: +56 95 000 6541
E-post: lucas.cieza@mail.udp.cl

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