eso1325no — Pressemelding

Kometfabrikk oppdaget med ALMA

"Støvfelle" rundt ung stjerne løser seiglivet planetgåte

6 June 2013

Astronomer har ved hjelp av ALMA-teleskopet (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) avbildet et område rundt en ung stjerne der støvpartikler kan vokse ved å klumpe seg sammen. Dette er første gang en slik støvfelle er tydelig observert og modellert. Studien løser et langvarig mysterium om hvordan støvpartiklene i skiver rundt stjerner vokser seg store nok til at de etter hvert kan danne kometer, planeter og andre steinlegemer. Forskningsresultatene publiseres i tidsskriftet Science 7. juni 2013.

I dag vet vi at det er vanlig at stjerner har planeter rundt seg. Men astronomene forstår ikke fullt ut hvordan de blir til, og det er fortsatt mye som er uklart omkring dannelsen av kometer, planeter og andre steinobjekter. Nye observasjoner med det kraftige ALMA-teleskopet har nå gitt svar på et av de største spørsmålene: Hvordan vokser egentlig ørsmå støvkorn i skiven rundt en ung stjerne seg større, slik at det med tiden dannes partikler på størrelse med grus og senere meterstore steinblokker?

Datamodeller viser at støvkorn vokser ved at de kolliderer og kitter seg sammen. Men når disse større støvkornene i sin tur kolliderer i høy hastighet, slås de imidlertid i stykker, og man er like langt. Selv i de tilfeller der dette ikke skjer, viser modellene at de store støvkornene, på grunn av friksjonen mellom støvet og gassen i skiven, raskt vil bevege seg innover mot stjernen og bli del av denne.

Støvet trenger med andre ord et trygt sted der partiklene kan fortsette å vokse til de er store nok til å overleve på egen hånd [1]. Slike "støvfeller" har vært foreslått tidligere, men man har ikke hatt noen observasjonelle bevis for deres eksistens før nå.

Nienke van der Marel er PhD-student ved Leiden-observatoriet i Nederland og hovedforfatter av forskningsartikkelen hvor den nye studien presenteres. Sammen med sine kollegaer brukte hun ALMA for å observere skiven i et system kalt Oph-IRS 48 [2]. De fant ut at stjernen var omgitt av en ring av gass, med et hull i midten som sannsynligvis skyldes en usett planet eller stjernekompanjong. Tidligere observasjoner med ESOs Very Large Telescope hadde allerede vist at små støvpartikler dannet en lignende ringstruktur. Men med de nye ALMA-dataene kunne astronomene også se en region med større, millimeterstore støvpartikler, og denne så helt annerledes ut.

"Formen på støvregionen i ALMA-bildet kom først som en stor overraskelse på oss," sier van der Marel. "Vi hadde forventet en ring, men fant i stedet en struktur formet som en cashewnøtt! Vi måtte overbevise oss om at det vi så, var ekte. Men det sterke signalet og skarpheten i ALMA-observasjonene levnet ingen tvil om strukturen, og vi forstod etter hvert hva vi hadde funnet."

Forskerne hadde oppdaget et område der større støvkorn var fanget og kunne vokse seg mye større gjennom stadige kollisjoner og sammenkittinger. Det var en støvfelle – akkurat hva teoretikere i årevis har vært på utkikk etter.

"Etter alt å dømme har vi funnet en slags kometfabrikk ettersom forholdene i dette området ligger til rette for at millimeterstore partikler kan vokse og utvikle seg til kometstore objekter," forklarer van der Marel. "Støvet vil neppe danne planetstore kloder her, ettersom avstanden fra stjernen er forholdsvis stor. Men i nær framtid vil ALMA være i stand til å observere støvfeller som ligger nærmere moderstjernen sin. Slike områder kan være de virkelige fødesteder for nye planeter."

En støvfelle dannes når større støvpartikler beveger seg mot områder der trykket er større. Datamodeller har demonstrert at områder med høyt trykk kan oppstå på grunn av bevegelser i gassen ved kanten av et gasshull – akkurat som hullet astronomene fant i skiven omkring stjernen.

"Kombinasjonen av datamodellering og de gode ALMA-observasjonene gjør dette til et unikt prosjekt," sier Cornelis Dullemond (Institute for Theoretical Astrophysics i Heidelberg), som er medlem av teamet og dessuten ekspert på å lage modeller av gass- og støvskiver omkring stjerner. "På omtrent samme tid som disse observasjonene ble utført, arbeidet vi faktisk med modeller som forutsa nettopp slike strukturer. Det var litt av et sammentreff!"

Observasjonene ble gjort mens ALMA fortsatt var under bygging. Astronomene brukte ALMAs mottakerne for bånd 9 [3]. Dette er avanserte apparater som er laget i Europa og som så langt har vist seg å gi de aller skarpeste bildene. 

"De nye observasjonene demonstrerer at ALMA er i stand til å levere banebrytende forskningsresultater, selv når under halvparten av det totale antall antenner er i bruk," kommenterer Ewine van Dishoec (Leiden-observatoriet), som i mer enn 20 år har vært en viktig pådriver for ALMA-prosjektet. "Den utrolige forbedringen i både følsomhet og bildeskarphet i Bånd 9 gjør det mulig å studere grunnleggende aspekter ved planetdannelse på måter som rett og slett ikke var mulig før."

Fotnoter

[1] Årsaken til støvfellen er i dette tilfellet en virvel i skivens gass, og denne har en levetid på hundretusener av år. Selv når støvfellen slutter å virke, vil det ta millioner av år for det oppsamlede støvet å fordufte. Det gir støvkornene rikelig med tid til å vokse seg større.

[2] Betegnelsen er en kombinasjon av navnet på stjernebildet der objektet holder til, og hva slags kilde det er. Oph står for stjernebildet Ophiuchus (latinsk navn på Slangebæreren), mens IRS står for 'infrared source', altså infrarød kilde. Avstanden fra Jorda til Oph-IRS 48 er omtrent 400 lysår.

[3] ALMA kan observere på forskjellige frekvensbånd. Bånd 9, som tilsvarer bølgelengder på rundt 0,4–0,5 millimeter, er det som hittil har gitt de mest detaljerte bildene.

Mer informasjon

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom Europa, Nord-Amerika og Øst-Asia, i samarbeid med Chile. ALMA er i Europa finansiert av ESO, i Nord-Amerika av det amerikanske National Science Foundation (NSF) i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan. I Øst-Asia er ALMA finansiert av National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Byggingen og driften av ALMA ledes i Europa av ESO, i Nord-Amerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), og i Øst-Asia av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppstart og drift av ALMA.

Denne studien presenteres i en forskningsartikkel i Science 7. juni 2013: "A major asymmetric dust trap in a transition disk" av van der Marel et al.

Forskerteamet består av Nienke van der Marel (Leiden Observatory, Leiden, Nederland), 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, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 39 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

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

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1325 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er astronomene Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1325no
Science data:2013Sci...340.1199V

Bilder

Kunstnerisk framstilling av kometfabrikken ALMA har observert
Kunstnerisk framstilling av kometfabrikken ALMA har observert
ALMA-bilde av kometfabrikken rundt Oph-IRS 48
ALMA-bilde av kometfabrikken rundt Oph-IRS 48
Bilde fra ALMA og VLT av kometfabrikken rundt Oph-IRS 48
Bilde fra ALMA og VLT av kometfabrikken rundt Oph-IRS 48
ALMA-bilde av støvfellen/kometfabrikken rundt Oph-IRS 48 (med tekst)
ALMA-bilde av støvfellen/kometfabrikken rundt Oph-IRS 48 (med tekst)
Posisjonen til Oph-IRS 48 i stjernebildet Slangebæreren
Posisjonen til Oph-IRS 48 i stjernebildet Slangebæreren

Videoer

ESOcast 58: ALMA oppdager kometfabrikk
ESOcast 58: ALMA oppdager kometfabrikk
Animasjon av støvfellen
Animasjon av støvfellen
Zoom inn på Oph-IRS 48
Zoom inn på Oph-IRS 48
Datasimulering av hvordan en støvfelle oppstår
Datasimulering av hvordan en støvfelle oppstår

Se også