En vitenskapelig nøyaktig modell av Beta Pictoris og disken. Klikk for å forstørre
Diskene med gass og støv som omgir nyfødte stjerner er kjent som proto-planetariske disker; som antas å være regioner hvor planeter til slutt vil danne seg. Disse skivene forsvinner når stjernene modnes, men noen stjerner kan fremdeles sees med en sky av materiale rundt seg kalt ruskeskiver. En av de mest kjente av disse er disken som omgir Beta Pictoris, som ligger bare 60 lysår unna.
Planeter dannes i disker av gass og støv som omgir nyfødte stjerner. Slike disker kalles proto-planetariske disker. Støvet i disse skivene blir steinete planeter som Jorden og de indre kjernene til gigantiske gassplaneter som Saturn. Dette støvet er også et depot av elementer som danner grunnlaget for livet.
Proto-planetariske disker forsvinner når stjernene modnes, men mange stjerner har det som kalles ruskeskiver. Astronomer antar at når gjenstander som asteroider og kometer er født fra den proto-planetariske disken, kan kollisjoner blant dem produsere en sekundær støvskive.
Det mest kjente eksemplet på slike støvskiver er den som omgir den nest lyseste stjernen i stjernebildet Pictor, som betyr "malers staffeli". Denne stjernen, kjent som Beta Pictoris eller Beta Pic, er en veldig nær Solens nabo, bare seksti lysår unna, og derfor enkel å studere i detalj.
Beta Pic er dobbelt så lyst som solen, men lyset fra disken er mye svakere. Astronomene Smith og Terrile var de første til å oppdage dette svake lyset i 1984 ved å blokkere lyset fra selve stjernen ved hjelp av en teknikk kalt coronagraphy. Siden den gang har mange astronomer observert Beta Pic-disken ved å bruke stadig bedre instrumenter og bakke- og rombaserte teleskoper for å forstå detaljert planetenes fødsel, og derav livet.
Et team av astronomer fra National Astronomical Observatory of Japan, Nagoya University og Hokkaido University kombinerte flere teknologier for første gang for å få et infrarødt polarisasjonsbilde av Beta Pic-disken med bedre oppløsning og høyere kontrast enn noen gang før: et stort blenderåpningsteleskop ( Subaru-teleskopet, med det store 8,2 meter store speilet), adaptiv optikk-teknologi og en koronagraphic imager som er i stand til å ta bilder av lys med forskjellige polarisasjoner (Subaru's Coronagraphic Imager med Adaptive Optics, CIAO).
Et stort blenderteleskop, spesielt med Subarus store bildekvalitet, gjør det mulig å se svakt lys i høy oppløsning. Adaptiv optikk-teknologi reduserer Jordens atmosfære forvrengende effekter på lys, og tillater observasjoner med høyere oppløsning. Coronagraphy er en teknikk for å blokkere lys fra en lys gjenstand som en stjerne, for å se svakere gjenstander i nærheten, for eksempel planeter og støv som omgir en stjerne. Ved å observere polarisert lys kan reflektert lys skilles fra lys som kommer direkte fra sin opprinnelige kilde. Polarisering inneholder også informasjon om størrelsen, formen og justeringen av støv som reflekterer lys.
Med denne kombinasjonen av teknologier lyktes teamet med å observere Beta Pic i infrarødt lys to mikrometer i bølgelengde med en oppløsning på en femtedel av et bånd. Denne oppløsningen tilsvarer å kunne se et individuelt riskorn fra en kilometer unna eller et sennepsfrø fra en kilometer unna. Å oppnå denne oppløsningen representerer en enorm forbedring i forhold til sammenlignbare tidligere polarimetriske observasjoner fra 1990-tallet, som bare hadde oppløsninger på omtrent halvannet buesekund.
De nye resultatene antyder sterkt at Beta Pic-disken inneholder planetimaler, asteroide eller kometlignende objekter, som kolliderer for å generere støv som reflekterer stjernelys.
Polarisering av lyset som reflekteres fra disken, kan avsløre de fysiske egenskapene til disken, så som sammensetning, størrelse og distribusjon. Et bilde av alle de to mikrometer bølgelengdelysene viser den lange, tynne strukturen på disken som er nesten kantet på. Polarisering av lyset viser at ti prosent av lyset på to mikrometer er polarisert. Polarisasjonsmønsteret indikerer at lyset er en refleksjon av lys som stammer fra den sentrale stjernen.
En analyse av hvordan lysstyrken på disken endres med avstand fra den sentrale viser en gradvis reduksjon i lysstyrken med en liten svingning. Den svake svingningen i lysstyrke tilsvarer variasjoner i tettheten på disken. Den mest sannsynlige forklaringen er at tettere regioner tilsvarer hvor planetesimene kolliderer. Lignende strukturer har blitt sett nærmere stjernen i tidligere observasjoner ved lengre bølgelengder ved bruk av Subarus COoled Mid-Infrared Camera and Spectrograph (COMICS) og andre instrumenter.
En lignende analyse av hvordan polarisasjonsmengden endres med avstanden fra stjernen viser en nedgang i polarisasjonen i en avstand på hundre astronomiske enheter (en astronomisk enhet er avstanden mellom Jorden og solen). Dette tilsvarer et sted der lysstyrken også avtar, noe som tyder på at det i denne avstanden fra stjernen er færre planetesimaler.
Da teamet undersøkte modeller av Beta Pic-disken som kan forklare både de nye og gamle observasjonene, fant de ut at støvet på Beta Pic-disken er mer enn ti ganger større enn typiske korn av interstellært støv. Beta Pics støvskive er sannsynligvis laget av løse klumper av støv og is i mikrometer som små støvkaniner av bakteriestørrelse.
Til sammen gir disse resultatene veldig sterke bevis på at disken som omgir Beta Pic er generert av dannelse og kollisjon av planetesimaler. Detaljnivået for denne nye informasjonen styrker vår forståelse av miljøet der planeter dannes og utvikler seg.
Motohide Tamura som leder teamet sier at "få mennesker har vært i stand til å studere planetenes fødested ved å observere polarisert lys med et stort teleskop. Resultatene våre viser at dette er en veldig givende tilnærming. Vi planlegger å utvide forskningen vår til andre disker, for å få et omfattende bilde av hvordan støv forvandles til planeter. ”
Disse resultatene ble publisert i utgaven av Astrophysical Journal 20. april 2006.
Teammedlemmer: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Nagoya University, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Hokkaido University)
Denne forskningen ble støttet av departementet for utdanning, kultur, sport, vitenskap og teknologi i Japan gjennom en tilskudd til vitenskapelig forskning på prioriterte områder for "Utvikling av ekstrasolplanetisk vitenskap."
Originalkilde: NAOJ News Release
