Et japansk team av astronomer har rapportert om en sterk sammenheng mellom metallisiteten til støvete protoplanetære disker og deres levetid. Fra dette funnet foreslår de at stjerner med lav metallisitet er mye mindre sannsynlig å ha planeter, inkludert gassgiganter, på grunn av den kortere levetiden til deres protoplanetære disker.
Som du sikkert vet, er ‘metall’ astronomi-taler for noe høyere opp i det periodiske systemet enn hydrogen og helium. Melkeveien har en metallisitetsgradient - der metallisiteten synker markant jo lenger ut du går. I den ekstreme ytre galaksen, omtrent 18 kiloparsecs fra midten, er metallisiteten til stjerner bare 10% av solen (som er omtrent 8 kiloparsecs - eller rundt 25 000 lysår - ute fra sentrum).
Denne studien sammenlignet unge stjerneklynger i stjerneklærbarnehager med relativt høy metallisitet (som Orion-tåken) mot fjernere klynger i den ytre galaksen i barnehager med lav metallisitet (som Digel Cloud 2).
Studiens konklusjoner er basert på antagelsen om at strålingsutgangen for stjerner med tette protoplanetære disker vil ha et overskudd av nær og midt i infrarøde bølgelengder. Dette er i stor grad fordi stjernen varmer opp den omkringliggende protoplanetære disken, og får disken til å stråle i infrarød.
Forskerteamet brukte det 8,2 meter store Subaru-teleskopet og en prosedyre som ble kalt JHK-fotometri for å identifisere et mål de kalte ‘diskfraksjon’, og som representerte tettheten til den protoplanetære disken (bestemt av overskuddet av infrarød stråling). De brukte også et annet etablert mål for masselysthetsforhold for å bestemme klyngenes alder.
Grafisk diskfraksjon over alder for bestander av solekvivalente metallisitetsstjerner sammenlignet med bestander av lavmetallisitetsstjerner i ytre galakse antyder at protoplanetære disker for disse stjernene med lav metallisitet spres mye raskere.
Forfatterne antyder at prosessen med fotoavdamping kan ligge til grunn for kortere levetid for lave metallskiver - der påvirkningen av fotoner er tilstrekkelig til raskt å spre hydrogen og helium med lav atommasse, mens tilstedeværelsen av metaller med høyere atomvekt kan avlede disse fotonene og dermed opprettholde en protoplanetær disk over en lengre periode.
Som forfatterne påpeker, reduserer den lave levetiden for disker med lav metallisitet sannsynligheten for planetdannelse. Selv om forfatterne slipper unna mye mer spekulasjoner, ser implikasjonene av dette forholdet ut til å være de, i tillegg til at de forventer å finne mindre planeter rundt stjerner mot den ytre kanten av galaksen - vi kan også forvente å finne mindre planeter rundt enhver gammel befolkning II-stjerner som også ville ha dannet seg i miljøer med lav metallisitet.
Disse funnene antyder faktisk at planeter, til og med gassgiganter, kan ha vært overordentlig sjeldne i det tidlige universet - og først har blitt vanlig senere i universets utvikling - etter at stellare nukleosynteseprosesser hadde tilstrekkelig frøset kosmos med metaller.
Videre lesning: Yasui, C., Kobayashi, N., Tokunaga, A., Saito, M. og Tokoku, C.
Kort levetid av protoplanetære disker i miljøer med lav metallisering
