eso1333no — Pressemelding

Snø i et ungt planetsystem

Et isete landemerke for planet- og kometdannelse

18 July 2013

For første gang har astronomer observert en snøgrense i et fjerntliggende planetsystem på babystadiet. Snøgrensen som er funnet i skiven omkring den sollignende stjernen TW Hydrae, vil lære oss mer om hvordan planeter og kometer dannes og hvilke faktorer som er avgjørende for sammensetningen deres. Funnet gir dessuten forskerne innsikt i vårt eget solsystems historie. Forskningsresultatene publiseres i dag i journalen Science Express.

Astronomer har ved hjelp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) tatt det første bilde noensinne av snøgrensen – også kalt snølinjen eller frostlinjen – i et gryende planetsystem. Her på Jorda ser vi slike snøgrenser i store høyder der lave temperaturer forvandler fuktigheten i lufta til snø. Grensen er lett synlig på et fjell og markerer skillelinjen mellom den snødekte toppen og det nakne fjellet nedenfor.

Snøgrenser omkring en ung stjerne blir til på lignende vis, i de ytre og kalde delene av gass- og støvskiven som planetsystemet dannes fra. Hvis vi beveger oss fra stjernen og utover vil vann (H2O) fryse først og danne den første snøgrensen. Lenger unna stjernen, ved enda lavere temperaturer, fryser mer eksotiske molekyler til is, deriblant karbondioksid (CO2), metan (CH4) og karbonmonoksid (CO). De ulike istypene gir støvpartiklene i skiven en klebrig overflate og spiller derfor en sentral rolle i å forhindre at støvkornene går i stykker når de kolliderer. På denne måten kan støvpartiklene etter hvert bli byggesteiner for planeter, kometer og andre legemer. Isen bidrar også til å øke mengden fast materie i skiven, noe som kan få fortgang i utviklingen av planeter. 

Hver av de ulike snøgrensene – for vann, karbondioksid, metan og karbonmonoksid – kan settes i sammenheng med dannelsen av ulike typer planeter [1]. Omkring en sollignende stjerne i et planetsystem som vårt, vil for eksempel snøgrensen for vann ligge et sted mellom banene til Mars og Jupiter, mens snøgrensen for karbonmonoksid tilsvarer banen til Neptun (den ytterste planeten hos oss).

Takket være ALMA-teleskopet har astronomer nå fått det aller første glimt av snøgrensen for karbonmonoksid. Den ble oppdaget rundt TW Hydrae, en ung stjerne 175 lysår unna Jorda. Astronomene mener dette framtidige planetsystemet på mange måter ligner vårt eget da det var bare noen få millioner år gammelt. 

"ALMA har gitt oss det første skikkelige bilde av en snøgrense rundt en ung stjerne. Dette er ekstremt spennende fordi det forteller oss om en av de tidligste periodene i historien til vårt eget solsystem," sier en av de to hovedforfatterne av forskningsartikkelen, Chunhua "Charlie" Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge i USA). "Vi kan nå faktisk observere tidligere usette detaljer i de frosne, ytre delene av et fjernt planetsystem som ligner vårt eget."

Tilstedeværelsen av en snøgrense for karbonmonoksid kan imidlertid ha enda større konsekvenser enn framveksten av planeter. Karbonmonoksidis trengs for å danne metanol, som er en viktig bestanddel i mer komplekse organiske molekyler som alt liv avhenger av. Hvis kometer bringer slike molekyler til nydannede jordlignende planeter, vil disse klodene ha de nødvendige ingredienser for liv.

Inntil nå har snøgrenser aldri blitt avbildet direkte siden de alltid dannes i det relativt tynne sentralplanet inne i protoplanetariske skiver omkring unge stjerner. Deres eksakte posisjon og utstrekning har derfor ikke vært mulig å bestemme. Strålingen fra stjernen i midten hindrer nemlig isdannelse over og under den tynne regionen der snøgrensene ligger. Den høye støv- og gasskonsentrasjonen i sentralplanet er nødvendig for å isolere og beskytte området fra strålingen, slik at karbonmonoksid og andre gasser kan avkjøles og fryse til is.

Det var takket være et snedig triks at astronomteamet lyktes i å se inn i skiven der isen hadde blitt dannet. Isen kan ikke observeres direkte, så i stedet for å se etter den, lette forskerne etter et molekyl kalt diazenyl (N2H+), som lyser sterkt på millimeterbølgelengder – med andre ord et perfekt mål for teleskoper som ALMA. Det skjøre diazenylmolekylet ødelegges når det kommer i kontakt med karbonmonoksidgass, derfor vil det bare finnes i observerbare mengder i områder der karbonmonoksidgassen er frosset til is og ikke lenger kan ødelegge det. Kort sagt, for å lokalisere snøgrensen for karbonmonoksid prøvde astronomene å finne diazenyl.

ALMAs unike følsomhet (evne til å registrere svake signaler) og oppløsning (evne til å se små detaljer) gjorde det mulig å kartlegge tilstedeværelsen og fordelingen av diazenyl rundt TW Hydrae. Forskerteamet fant en tydelig skillelinje om lag 30 astronomiske enheter (30 ganger avstanden mellom Sola og Jorda) fra stjernen. Observasjonene viser at snøgrensen for karbonmonoksid ligger akkurat der teorien forutsier – ved den indre kanten av diazenylringen.

"Observasjonene våre ble utført med kun 26 av ALMAs totalt 66 antenner. Tegn på snøgrenser rundt andre stjerner begynner allerede å dukke opp i andre data fra ALMA. Vi er overbevist om at framtidige observasjoner med det komplette antennenettverket vil avdekke mange flere snøgrenser og gi oss enda mer innsikt i hvordan planeter fødes og utvikler seg. Bare vent og se!" avslutter Michiel Hogerheijde (Leiden Observatory i Nederland).

Fotnoter

[1] For eksempel dannes tørre steinplaneter på innsiden av snøgrensen for vann (nærmest stjernen) der bare støv kan eksistere, mens store isplaneter på den annen side vokser fram bortenfor snøgrensen for karbonmonoksid.

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 journalen Science Express 18. juli 2013.

Forskerteamet består av 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, Nederland) og E. F. van Dishoeck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Tyskland).

Qi og Öberg var hovedforfattere av forskningsartikkelen.

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

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

Michiel Hogerheijde
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tlf.: +31 6 4308 3291
E-post: michiel@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 eso1333 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.:eso1333no
Navn:TW Hydrae
Type:• Milky Way : Star : Circumstellar Material
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2013Sci...341..630Q

Bilder

Kunstnerisk framstilling av snøgrensen omkring TW Hydrae
Kunstnerisk framstilling av snøgrensen omkring TW Hydrae
ALMA-bilde av snøgrensen for karbonmonoksid
ALMA-bilde av snøgrensen for karbonmonoksid
Avstanden til snøgrensen sammenlignet med størrelsen til vårt eget solsystem
Avstanden til snøgrensen sammenlignet med størrelsen til vårt eget solsystem

Se også