"Ooompah, loompah, roopity rust ... ALMA finner kometer som gjemmer seg i støv." I følge mange studier de siste årene, er astronomer klar over at planeter ser ut til å være overalt rundt stjerner. Nå, takket være ett søtt teleskop, Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), har vitenskapen tatt et stort skritt fremover for å forstå hvordan minuscule støvkorn i en protoplanetær disk kan en dag utvikle seg til et større format.
Litt under 400 lysår fra Jorden er et ungdommelig solsystem som er katalogisert som Oph IRS 48. I bilder tatt av dens ytre omkretser har astronomer plukket opp en viktig ledetråd i dens virvlende masser av støv - en halvmåneformet region kalt en " støvfelle ”. Forskere mener at dette området kan være en beskyttende kokong som gjør at steinformasjoner kan ta form. Hvorfor er en slik region viktig? Det er smash-faktoren. Når astronomer prøver å modellere støv til steinete formasjoner, har de funnet partiklene selvdestruerende ... enten ved å krasje inn i hverandre eller bli dratt inn i den sentrale stjernen. For at de skal komme seg forbi en viss størrelse, må de ganske enkelt ha et beskyttelsesområde for å tillate dem å vokse.
"Det er et stort hinder i den lange hendelseskjeden som fører fra bittesmå støvkorn til gjenstander i planetstørrelse," sa Til Birnstiel, forsker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass., Og medforfatter på papiret publisert i tidsskriftet Science. "I datamodeller for planetdannelse må støvkorn vokse fra submikronstørrelser til gjenstander opp til ti ganger jordens masse på bare noen få millioner år. Men når partiklene blir større nok, begynner de å øke hastigheten og kolliderer, sender dem tilbake til firkantet, eller skyver sakte innover og hindrer videre vekst. "
Så hvor kan en nyfødt planet, komet eller asteroide gjemme seg? Nienke van der Marel, doktorgradsstudent ved Leiden observatorium i Nederland, og hovedforfatter av artikkelen, brukte ALMA sammen med sine medarbeidere for å se nærmere på Oph IRS 48 og oppdaget en torus med gass med en sentral hull. Fraværet av støvpartikler var veldig annerledes enn tidligere resultater som ble hentet på ESOs Very Large Telescope.
"Til å begynne med kom formen på støvet i bildet en fullstendig overraskelse for oss," sier van der Marel. “I stedet for ringen vi hadde forventet å se, fant vi en veldig tydelig cashewnøttform! Vi måtte overbevise oss selv om at denne funksjonen var ekte, men det sterke signalet og skarpheten i ALMA-observasjonene etterlot ingen tvil om strukturen. Da skjønte vi hva vi hadde funnet. ”
En overraskelse? Det kan du vedde på. Det teamet avdekket var en region hvor store støvkorn forble fanget og kunne fortsette å få masse etter hvert som flere og flere korn kolliderte og smeltet sammen. Her var "støvfellen" som teoretikerne forutså.
Laster inn spiller ...
Så hva utgjør det? For å holde støvkornene sammen og danne krever en virvel - et område med høyt trykk for å beskytte dem. For å danne denne virvelen, må det være en stor gjenstand til stede, enten en følgesvennstjerne eller en gassgigant. Som en båt som skiver gjennom algefylte farvann, ville den sekundære gjenstanden i planetskiven tømme en bane i kjølvannet og produsere de kritiske virvler og virvler som trengs for å lage støvfellen. Mens tidligere studier av Oph IRS 48 avdekket en stiv ring av karbonmonoksydgass kombinert med støv, ble det ikke observert noen "felle". Det betyr imidlertid ikke at observasjonen var negativ. Astronomer avdekket også et gap mellom de indre og ytre delene av solsystemet - en ledetråd til tilstedeværelsen av den nødvendige store kroppen.
Forholdene stemte for en mulig støvfelle. Gå inn i ALMA. Nå kunne forskerne se både gass og større støvkorn på samme tid. Disse nye observasjonene førte til en oppdagelse som ingen andre teleskoper ennå hadde avslørt ... en skjeve bukke i den ytre delen av disken.
Som van der Marel forklarer: “Det er sannsynlig at vi ser på en slags kometfabrikk ettersom forholdene er riktig for at partiklene skal vokse fra millimeter til kometstørrelse. Det er ikke sannsynlig at støvet danner planeter i full størrelse i denne avstanden fra stjernen. Men i den nærmeste fremtiden vil ALMA kunne observere støvfeller nærmere foreldrefjellene, der de samme mekanismene er på jobb. Slike støvfeller ville virkelig være vuggene for nyfødte planeter. ”
Når større partikler vandrer mot områdene med høyere trykk, tar støvfellen form. For å validere funnene sine forskere benyttet datamaskin modellering for å vise at et høyt trykk region kan oppstå fra bevegelsen av gassen i åpningskantene. Det stemmer med observasjonen av Oph IRS 48-platen.
"Kombinasjonen av modelleringsarbeid og observasjoner av høy kvalitet av ALMA gjør dette til et unikt prosjekt", sier Cornelis Dullemond fra Institute for Theoretical Astrophysics i Heidelberg, Tyskland, som er en ekspert på støvutvikling og skivemodellering, og et medlem av teamet . "Rundt tiden da disse observasjonene ble oppnådd, jobbet vi med modeller som forutslo nøyaktig denne typen strukturer: et veldig heldig tilfeldighet."
"Denne strukturen vi ser med ALMA kan bli nedskalert for å representere det som kan skje i det indre solsystemet der flere jordlignende steinete planeter ville danne," sa Birnstiel. "Når det gjelder disse observasjonene, kan det imidlertid hende at vi ser noe analogt med dannelsen av vår sols Kuiper Belt eller Oort Cloud, regionen i solsystemet vårt hvor det antas at kometer stammer fra."
Som den drømmefabrikken i vår barndom, er ALMA fortsatt under bygging. Disse unike observasjonene ble tatt med ALMA Band 9 mottakere - europeisk produsert instrumentering som lar ALMA levere sine skarpeste, mest detaljerte bilder så langt.
"Disse observasjonene viser at ALMA er i stand til å levere transformasjonsvitenskap, selv med mindre enn halvparten av hele utvalget i bruk," sier Ewine van Dishoeck fra Leiden observatorium, som har vært en viktig bidragsyter til ALMA-prosjektet i mer enn 20 år . "Det utrolige hoppet i både følsomhet og skarphet i bildet i Band 9 gir oss muligheten til å studere grunnleggende aspekter av planetdannelse på måter som rett og slett ikke var mulig før."
Original historiekilde: ESO News Release. For videre lesning: NRAO News Release.
