eso1626sv — Pressmeddelande (forskning)

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).

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. ALMA stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).
Byggandet och drivandet av ALMA leds av ESO av dess medlemsstater; av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som förvaltas av Associated Universities, Inc. (AUI), på uppdrag av Nordamerika; och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på uppdrag av Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) bidrar med enhetlig ledning och styrning av byggandet, driftsättning och drift av ALMA.

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, 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 arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Kontakter

Robert Cumming, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Onsala rymdobservatorium
Onsala, Sverige
Tel: 031 772 5500
Mobil: 070 493 3114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

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

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1626 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.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1626sv
Namn:V883 Orionis
Typ:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Protoplanetary
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2016Natur.535..258C

Bilder

Snölinjen omkring den unga stjärnan V883 Orionis enligt rymdkonstnären
Snölinjen omkring den unga stjärnan V883 Orionis enligt rymdkonstnären
ALMA:s bild av den protoplanetära skivan runt V883 Orionis
ALMA:s bild av den protoplanetära skivan runt V883 Orionis
Stjärnan V883 Orionis i stjärnbilden Orion
Stjärnan V883 Orionis i stjärnbilden Orion
Så rör sig snölinjen hos V883 Orionis
Så rör sig snölinjen hos V883 Orionis
ALMA:s bild av den protoplanetära skivan omkring V883 Orionis (med etiketter)
ALMA:s bild av den protoplanetära skivan omkring V883 Orionis (med etiketter)

Videor

ALMA:s bild av den protoplanetära skivan omkring V883 Orionis
ALMA:s bild av den protoplanetära skivan omkring V883 Orionis
Zooma in mot den protoplanetära skivan omkring V883 Orionis
Zooma in mot den protoplanetära skivan omkring V883 Orionis
Den protoplanetära skivan runt V883 Orionis som den skulle kunna se ut
Den protoplanetära skivan runt V883 Orionis som den skulle kunna se ut
New observations with ALMA reveal water snow line around young star
New observations with ALMA reveal water snow line around young star
text på engelska

Se även