Nye bilder fra det japanske Subaru-teleskopet viser hvordan en nærliggende ung stjerne raskt endte sin spedbarn. Gapet ligger omtrent samme avstand fra stjernen som Saturns bane, og det gir ytterligere bevis til teorier om hvordan skiver av materiale utvikler seg rundt unge stjerner.
Zoomende inn på en nærliggende ung stjerne kalt HD 141569A, brukte astronomer fra National Astronomical Observatory of Japan og Max Planck Institute for Astronomy Subaru-teleskopet på Mauna Kea, Hawai'i, for å oppdage et hull i en disk med gass og støv som omkranser Stjernen. Eksistensen av dette store gapet, som er omtrent på størrelse med bane til Saturn, støtter teorien om at denne unge stjernen brått sluttet sin barndom, ved å ionisere og skyve bort bensinen i disken den ble født fra.
Teamet, ledet av Dr. Miwa Goto og professor Tomonori Usuda, utnyttet den ypperlige romlige oppløsningen oppnådd av det adaptive optikksystemet og det infrarøde kameraet og spektrografen (IRCS) på Subaru, for å løse den innerste delen av disken rundt HD 141569A i utslippslinjer av karbonmonoksid i den infrarøde delen av det elektromagnetiske spekteret. Disken var kjent for å eksistere fra tidligere studier av støvet rundt stjernen. Ved å studere gassen bestemte den nye studien vellykket størrelsen på den indre rydningen på disken.
Utslipp fra karbonmonoksid (CO) i disken som omgir HD 141569A, som ligger omtrent 320 lysår unna Jorden, strekker seg til en avstand femti ganger så stor som jordens bane. (Avstanden mellom Jorden og solen kalles en astronomisk enhet. I solsystemet vårt er baneradiusen til Neptun omtrent 30 AU). Den blir gradvis sterkere mot den indre delen nærmest stjernen. Utslippet topper seg rundt 15 AU og reduseres deretter til den sentrale stjernen. "Vi vet nå at det gjenstår lite gass i den indre 11. AU på disken," sa Usuda. "Med andre ord, HD 141569A har fullt utviklet et hull i midten av molekylgassdisken som er større enn størrelsen på bane til Saturn."
"Størrelsen på hullet er veldig viktig", sa Goto, "fordi det begrenser mulighetene for hvordan hullet ble til i utgangspunktet."
Teoretisk sett kan en omkretsstjerne skive ha et indre hulrom skapt av lukking av linjer i stjernens magnetosfære, som ville kutte av disken. Dette kalles magnetosfærisk avkortning og kan forklare hvorfor det er et gap i støvet. Imidlertid må størrelsen på avkortningen være mye mindre, så liten som en hundredel av en astronomisk enhet, eller omtrent på størrelse med selve stjernen, så dette kan ikke forklare den nåværende observasjonen.
Ødeleggelse av støv ved stråling fra stjernen i en prosess som kalles sublimering kan også gi et indre hull i en skive. Igjen er den forventede radius fra slik aktivitet for liten, omtrent en tidel av jordens orbitalradius, til å gjøre rede for det sentrale hulrommet i HD 141569A.
Den beste forklaringen på størrelsen på det sentrale hulrommet på HD 141569A kommer av det faktum at det tilsvarer stjernens gravitasjonsradius. Dette er radien der lydhastigheten til ionisert gass som strømmer fra stjernen er lik rømningshastigheten fra stjernen. Med andre ord, gassen utenfor gravitasjonsradiusen kan fritt slippe ut av systemet når den er ionisert. Gassen i disken er tettest ved gravitasjonsradiusen og mottar mer stråling fra den sentrale stjernen enn den ytre delen. Massetapet av disken gjennom fotoinndamping er derfor mest effektivt ved gravitasjonsradiusen.
Den lignende størrelsesskalaen til det indre hulrommet på HD 141569As skive og dens gravitasjonsradius, omtrent 18 astronomiske enheter, indikerer at åpningen er laget ved fotoinndamping, hvor gass ioniseres og skyves bort. Det viser også at generelt, fotoinndamping faktisk er effektivt for å fjerne en disk fra en ung stjerne, selv om andre prosesser også kan være til stede (for eksempel påhoping av materiale til klumper som kalles viskøs akkresjon).
Dette teoretiske bildet er ikke nytt, men den nåværende observasjonen er den første som gir noen klare bevis for å støtte denne teorien. På dette bildet fordamper ikke sirkellstellarskiver sakte fra regioner rett ved siden av den sentrale stjernen. I stedet vises et hull så stort som stjernens gravitasjonsradius mer eller mindre brått, og blir deretter større til disken, og potensialet for å danne planeter, er borte.
Rollen til en Circumstellar Disk
En stjerne blir født når gass samles i en molekylær sky. Gassen er hovedsakelig i form av molekylært hydrogen. Fordi gass har vinkelmoment, kan den ikke lande direkte på overflaten av en stjerne. I stedet danner den en tynn, disklignende struktur rundt en stjerne, og mister sakte momentum når den går i bane rundt stjernen og slik at stjernen til slutt kan trekke den inn. Uten en slik "circumstellar disk" kunne en stjerne ikke samle masse fra fødselsskyen.
Utover sin funksjon som gassforsyning for stjernedannelse, gir en sirkelskjermskive også råstoff til planeter. Materiale som er igjen fra stjernedannelsen fester seg gradvis sammen, og lager småstein og steiner. Disse samles sammen for å danne enda større kropper, for eksempel 100 meter brede planetesimaler. Alt dette materialet fortsetter å rotere rundt stjernen mens det vokser til stadig større kropper. Til slutt, hvis forholdene er riktige, produserer denne akkresjonsprosessen en steinete planet som ligner Jorden.
Nyere observasjonsstudier av omfartsskiver har utnyttet den termiske emisjonen og spredt lys fra det faste materialet i disker. Imidlertid, i de tidlige epokene av en disks eksistens, utgjør disse faste stoffer bare omtrent en prosent av den totale diskmassen. Resten er fremdeles i gassfasen, og hovedsakelig i molekylær form (som karbonmonoksid). Å se på en disk og studere karbonmonoksidkomponenten i stedet for støvkornene, betyr at vi ser på gasskiven, som er hovedkomponenten på disken.
En omskjærende disk eksisterer bare i kort tid mens den sentrale stjernen samler inn gass fra den. For å forstå hvordan en disk utvikler seg, kan du forestille deg at stjernens levetid bare var hundre år. Circumstellar-disken ville bare eksistere fra tre dager til en måned før den forsvinner helt. En stjerne har bare en sjanse til å danne et planetarisk system i løpet av den relativt korte levetiden til den omkretsstillende skiven. Hvis den ioniserende strålingen fra stjernen hindrer støvskiven i å trekke seg sammen i planeter før den forsvinner, vil stjernens sjanse til å bli sentrum i et solsystem gå tapt for alltid. Når og hvordan en disk forsvinner, har derfor direkte konsekvenser for muligheten for planetarisk dannelse.
Disse resultatene vil bli publisert i Astrophysical Journal i slutten av 2006 eller begynnelsen av 2007.
Tittel på forskningspapir: Inner Rim of A Molecular Disk Spatial Resolution in Infrared CO Emission Lines, M. Goto, T. Usuda, C. P. Dullemond, Th. Henning, H. Linz, B. Stecklum, og H. Suto
Forskningsgruppen: Miwa Goto (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland) Tomonori Usuda (Subaru Telescope, NAOJ) C. P Dullemong (MPIA) Th. Henning (MPIA) H. Linz (MPIA) B. Stecklum (MPIA) Hiroshi Suto (NAOJ)
Opprinnelig kilde: Subaru News Release
