Pressmeddelande

Att skulptera ett solsystem

ESO:s instrument SPHERE avslöjar protoplanetära skivor som formas av nyfödda planeter

9 november 2016

Skarpa nya observationer har avslöjat spännande former i skivor omkring unga stjärnor där planeter håller på att bildas. Instrumentet SPHERE på ESO:s Very Large Telescope har gjort det möjligt att observera den komplexa dynamiken i unga planetsystem – inklusive en som bildas just nu. De nyligen publicerade resultaten från tre forskarlag av astronomer visar upp SPHERE:s imponerande förmåga att fånga hur planeter formar skivorna som bildar dem – och exponerar komplexiteten i miljöerna där nya världar bildas.

Astronomer i tre olika forskarlag har använt instrumentet SPHERE, en avancerad planetjägare som sitter på Very Large Telescope (VLT) vid ESO:s Paranalobservatorium, med syfte att bättre förstå den gåtfulla utvecklingen av spirande planetsystem. Antalet kända exoplaneter har exploderat de senaste åren, vilket har gjort forskning i detta ämne till ett av de mest dynamiska fälten i modern astronomi.

Idag vet man att planeter bildas ur de enorma skivorna bestående av gas och stoft som omringar nyfödda stjärnor och som kallas protoplanetära skivor. Dessa kan sträcka sig över hundratals miljoner kilometer. Med tiden kolliderar partiklarna i dessa protoplanetära skivor och de slås samman, växer och kan eventuellt bilda planetstora himlakroppar. Men just hur denna utvecklingen går till i detalj är ännu ett mysterium.

SPHERE är en nykomling till VLT:s utbud av instrument och med dess kombination av nya tekniker ger det oss en kraftfull metod för att direkt studera de små detaljerna i protoplanetära skivor [1]. Samspelet mellan protoplanetära skivor och växande planeter kan skapa skivor i olika former: enorma ringar, spiralarmar eller skuggiga hålrum. Dessa är av särskilt intresse eftersom man fortfarande inte funnit en tydlig länk mellan dessa strukturer och planeterna: en gåta som astronomer är väldigt angelägna att lösa. Som tur är gör SPHERE:s specialiserade funktioner det möjligt för forskarlag att direkt observera protoplanetära skivors slående former.

Ett exempel är den unga stjärnan RXJ1615 i stjärnbilden Skorpionen, 600 ljusår från jorden. Ett forskarlag som leds av Jos de Boer från Leidenobservatoriet i Nederländerna upptäckte ett komplext system av koncentriska ringar som omger den unga stjärnan och bildar en struktur som liknar en gigantisk version av ringarna omkring Saturnus. Lika intrikat skulptering av ringar har bara upptäckts en handfull gånger innan hos protoplanetära skivor. Vad som är ännu mer spännande är att systemet ser ut att bara vara 1,8 miljoner år gammalt. Skivan visar tecken på att den formats av planeter som fortfarande håller på att bildas.

Den protoplanetära skivan RXJ1615:s ålder gör detta till ett enastående system, eftersom de flesta andra protoplanetära skivor som man hittills har upptäckt är relativt gamla och välutvecklade. Men De Boers oväntade resultat gav snabbt eko. Ett forskarlag som leds av Christian Ginski, också från Leidenobservatoriet, observerade den unga stjärnan HD 97048 som befinner sig i stjärnbilden Kameleonten, cirka 500 ljusår bort från jorden. Genom en mödosam analys fann de att den ungdomliga skivan omkring stjärnan också består av koncentriska ringar. Symmetrin som dessa två system delar är överraskande eftersom de flesta protoplanetära system innehåller en mångfald av asymmetriska spiralarmar, hålrum och virvlar. Dessa upptäckter ökar avsevärt antalet kända system som har flera väldigt symmetriska ringar.

Ett särskilt spektakulärt exempel av en mer vanlig asymmetrisk skiva fångades av ett forskarlag som leds av astronomen Tomas Stolker från Anton Pannekoekinstitutet för astronomi i Nederländerna. Denna skiva omger stjärnan HD 135344B, ungefär 450 ljusår bort. Denna stjärna är välstuderad sedan tidigare, men nu har SPHERE gjort det möjligt att se makalösa nya detaljer i stjärnans protoplanetära skiva. Det stora hålrummet och två framträdande strukturer som påminner om spiralarmar tros ha skapats av en eller flera massiva protoplaneter som så småningom kommer att utvecklas till Jupiterliknande världar.

Man observerade dessutom fyra mörka ränder som visade sig vara skuggor som skapas genom hur materialet i HD 135344B:s skiva förflyttas. Anmärkningsvärt genomgick en av dessa ränder tydliga förändringar under månaderna som man observerade skivan: ett sällsynt exempel av att observera planetutvecklingen i realtid, vilket pekar mot förändringar i den inre skivan som SPHERE inte kan observera direkt. Förutom att producera vackra bilder ger dessa fladdrande skuggor oss en unik metod för att undersöka dynamiken i skivornas de inre områden.

Precis som för de koncentriska ringarna som upptäcktes av de Boer och Ginski, visar observationerna från Stolkers forskarlag att de komplexa och föränderliga miljöerna hos skivorna som omger unga stjärnor fortfarande kan ge överraskande nya upptäckter. Genom att skaffa oss en imponerande mängd kunskap om dessa protoplanetära skivor har dessa forskarlag klivit närmare att kunna förstå hur planeter omformar skivorna som de bildas från – och hur planeterna själva bildas.

Noter

[1] SPHERE öppnade sina ögon under juni 2014. Instrumentet använder avancerad adaptiv optik för att ta bort effekterna från atmosfärisk distorsion, en koronagraf för att blockera det mesta av ljuset från den centrala stjärnan och en kombination av olika typer fotografering och polarimetri för att isolera ljuset skivans karaktärsdrag.

Mer information

Forskningen av de Boer, Ginski och Stolker, samt deras kollegor i SPHERE-konsortiet har nu accepterats för publicering i tidsskriften Astronomy and Astrophysics. Deras artiklar har titlarna: Direct detection of scattered light gaps in the transitional disk around HD 97048 with VLT/SPHERE, Shadows cast on the transition disk of HD 135344B: Multi-wavelength VLT/SPHERE polarimetric differential imaging, och Multiple rings in the transition disk and companion candidates around RX J1615.3-3255: High contrast imaging with VLT/SPHERE. Alla tre forskningsartiklar har skapats inom ramen av GTO programmet SPHER, som leds av Carsten Dominik från Amsterdams universitet.

Länkar

• Forskningsartikeln av Jos de Boer m. fl.

• Forskningsartikeln av Christian Ginski m. fl.

• Forskningsartikeln av Tomas Stolker m. fl.

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

Tomas Stolker
Anton Pannekoek Institute for Astronomy
Amsterdam, the Netherlands
Tel: +3120525 8152
E-post: T.Stolker@uva.nl

Jos de Boer
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Tel: +31715278139
E-post: deboer@strw.leidenuniv.nl

Christian Ginski
Leiden University
Leiden, the Netherlands
Tel: +31715278139
E-post: ginski@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

Connect with ESO on social media