For første gang har astronomer observert i enestående detalj prosessene som ga opphav til stjerner og planeter i begynnende solsystemer. Ved å bruke begge Keck-teleskopene på Mauna Kea på Hawaii utstyrt med et spesielt konstruert instrument kalt ASTRA (ASTrometrisk og fasereferert astronomi), kunne Joshua Eisner fra University of Arizona og hans kolleger peike dypt inn i protoplanetære disker - virvlende skyer av gass og støv som mater den voksende stjernen i sentrum og til slutt samles sammen til planeter og asteroider for å danne et solsystem. Det de så er å gi innsikt i måten hydrogengass fra den protoplanetære disken blir integrert i stjernen.
For å oppnå den ekstremt fine oppløsningen som er nødvendig for å observere prosessene som skjer ved grensen mellom stjernen og dens omgivende skive 500 lysår fra Jorden, kombinerte teamet lyset fra de to Keck-teleskopene, noe som gir en vinkeloppløsning finere enn Hubbles . Eisner og teamet hans brukte også en teknikk kalt spektroastrometri for å øke oppløsningen enda mer. Ved å måle lyset som stammer fra protoplanetære disker i forskjellige bølgelengder med begge Keck-teleskopspeilene og manipulere det videre med ASTRA, oppnådde forskerne den oppløsningen som er nødvendig for å observere prosesser i sentrum av de begynnende solsystemene.
"Vinkeloppløsningen du kan oppnå med Hubble-romteleskopet er omtrent 100 ganger for grov til å kunne se hva som skjer rett utenfor en begynnende stjerne som ikke er så mye større enn solen vår," sa Eisner. Med andre ord, til og med en protoplanetær disk som er nær nok til å bli vurdert i nærheten av solsystemet vårt, vil fremstå som en presteløs klat.
Med denne nye teknikken var teamet i stand til å skille mellom fordelingen av gass, for det meste bestående av hydrogen og støv, og derved løse diskens funksjoner.
"Vi var i stand til å komme virkelig, veldig nær stjernen og se rett på grensesnittet mellom den gassrike protoplanetære disken og stjernen," sa Eisner.
Protoplanetære disker dannes i stellar barnehager når skyer av gassmolekyler og støvpartikler begynner å kollapse under påvirkning av tyngdekraften.
Opprinnelig rotert sakte, skyens voksende masse og tyngdekraft gjør at den blir tettere og mer kompakt. Bevaring av rotasjonsmoment fremskynder skyen når den krymper, omtrent som en kunstløpere snurrer raskere når hun trekker i armene. Sentrifugalkraften flater skyen inn i en spinnende skive av virvlende gass og støv, og til slutt gir opphav til planeter som kretser rundt stjernen deres i omtrent det samme planet.
Astronomer vet at stjerner skaffer seg masse ved å innlemme noe av hydrogengassen i disken som omgir dem, i en prosess som kalles akkresjon, som kan skje på en av to måter.
I ett scenario svelges gass når den vasker seg rett til den brennende overflaten til stjernen.
I det andre, mye mer voldelige scenariet, skyver magnetfeltene som sveiper fra stjernen den gassen som nærmer seg, og får den til å samle seg, og skaper et gap mellom stjernen og disken rundt. I stedet for å la seg over stjernens overflate, beveger hydrogenatomene seg langs magnetfeltlinjene som på en motorvei og blir superoppvarmet og ionisert i denne prosessen.
Eisner forklarte "Når den var fanget i stjernens magnetiske felt, blir gassen ført langs feltlinjene som bukker seg høyt over og under diskens plan. "Materialet krasjer så inn i stjernens polare regioner med høye hastigheter."
I dette infernoet, som frigjør energien til millioner av Hiroshima-størrelse atombomber hvert sekund, blir noe av buegassstrømmen kastet ut fra disken og spydd ut langt ut i verdensrommet som interstellar vind.
"Vi ønsker å forstå hvordan materiell trekker seg til stjernen," sa Eisner. "Denne prosessen har aldri blitt målt direkte."
Eisners team pekte teleskopene mot 15 protoplanetære disker med unge stjerner som varierer i masse mellom halvparten og 10 ganger solen vår.
"Vi kunne med hell forstå at gassen i de fleste tilfeller konverterer litt av sin kinetiske energi til lys veldig nær stjernene," sa han, et fortellertegn på det mer voldsomme tilvenningsscenariet.
"I andre tilfeller så vi bevis på at vinder ble skutt ut i verdensrommet sammen med materiell som anskaffer stjernen," la Eisner til. "Vi fant til og med et eksempel - rundt en veldig høy masse-stjerne - der disken kan komme helt frem til den stellare overflaten."
Solsystemene astronomene valgte for denne studien er fremdeles unge, sannsynligvis noen få millioner år gamle.
"Disse diskene vil være i noen millioner år til," sa Eisner. "På det tidspunktet kan det hende at de første planetene, gassgiganter som ligner på Jupiter og Saturn, dannes og bruker mye av diskmaterialet."
Mer solide, steinete planeter som Jorden, Venus eller Mars, vil ikke være i nærheten før mye senere.
"Men byggesteinene for dem kan dannes nå," sa han, og det er derfor denne forskningen er viktig for vår forståelse av hvordan solsystemer dannes, inkludert de med potensielt beboelige planeter som Jorden.
"Vi kommer til å se om vi kan gjøre lignende målinger av organiske molekyler og vann i protoplanetære disker," sa han. "Det ville være de som potensielt kan føre til planeter med betingelsene for å havneliv."
Teamets artikkel ble publisert i Astrophysical Journal
Paper: Eisner et al. Romlig og spektralt oppløst hydrogengass innen 0,1 AU fra T Tauri og Herbig Ae / Be Stars.
Kilde: University of Arizona
