Et av de for tiden hotteste astrofysiske temaene - jakten på jordlignende planeter rundt andre stjerner - har nettopp fått en viktig drivkraft fra nye spektrale observasjoner med MIDI-instrumentet på ESO VLT Interferometer (VLTI).
Et internasjonalt team av astronomer [2] har oppnådd unike infrarøde spektre av støvet i de innerste områdene av proto-planetariske skiver rundt tre unge stjerner - nå i en tilstand som muligens er veldig lik den for solsystemet vårt i ferd med å lage, omtrent 4500 for millioner år siden.
Rapportering i denne ukens utgave av vitenskapstidsskriftet Nature, og takket være det enestående, skarpe og gjennomtrengende synet på interferometri, viser de at i alle tre er de riktige ingrediensene til stede på rett sted for å starte dannelsen av steinete planeter ved disse stjernene.
"Sand" i de indre områdene på stjerneskiver
Sola ble født for rundt 4500 millioner år siden fra en kald og massiv sky av interstellar gass og støv som kollapset under sin egen gravitasjonstrekk. En støvete plate var til stede rundt den unge stjernen, der Jorden og andre planeter, så vel som kometer og asteroider senere ble dannet.
Denne epoken er for lengst borte, men vi kan fremdeles være vitne til den samme prosessen ved å observere det infrarøde utslippet fra veldig unge stjerner og de støvete protoplanetære platene rundt dem. Så langt tillot imidlertid ikke den tilgjengelige instrumenteringen en undersøkelse av fordelingen av de forskjellige komponentene av støvet på slike plater; selv de nærmeste kjente er for langt unna for at de beste enkelt teleskopene skal løse dem. Men nå, som Francesco Paresce, forklarer prosjektforsker for VLT-interferometer og et medlem av teamet fra ESO, “Med VLTI kan vi kombinere lyset fra to godt separerte store teleskoper for å oppnå enestående vinkeloppløsning. Dette har tillatt oss for første gang å kikke direkte inn i platenes innerste område rundt noen unge stjerner i nærheten, rett på det stedet der vi forventer at planeter som Jorden vår dannes eller snart vil danne seg.
Spesielt nye interferometriske observasjoner av tre unge stjerner av et internasjonalt team [2], som bruker den kombinerte kraften til to 8,2 m VLT-teleskoper hundre meter fra hverandre, har oppnådd tilstrekkelig bildeskarphet (ca. 0,02 arcsec) til å måle den infrarøde utslipp fra indre område av platene rundt tre stjerner (tilsvarer omtrent størrelsen på jordens bane rundt solen) og utslippet fra den ytre delen av disse platene. De tilsvarende infrarøde spektrene har gitt viktig informasjon om den kjemiske sammensetningen av støvet i skivene og også om den gjennomsnittlige kornstørrelsen.
Disse markante observasjonene viser at den indre delen av platene er veldig rik på krystallinsk silikatkorn ("sand") med en gjennomsnittlig diameter på omtrent 0,001 mm. De er dannet av koagulering av mye mindre, amorfe støvkorn som var allestedsnærværende i den interstellare skyen som fødte stjernene og skivene deres.
Modellberegninger viser at krystallkorn bør være rikelig til stede i den indre delen av platen på jordens dannelse. Faktisk er meteorittene i vårt eget solsystem hovedsakelig sammensatt av denne typen silikat.
Den nederlandske astronomen Rens Waters, medlem av teamet fra Astronomical Institute of University of Amsterdam, er entusiastisk: “Med alle ingrediensene på plass og dannelsen av større korn fra støv allerede startet, dannet dannelsen av større og større biter av stein og Endelig er jordlignende planeter fra disse platene nesten uunngåelige! ”
Transformering av korn
Det har vært kjent i noen tid at mesteparten av støvet i plater rundt nyfødte stjerner består av silikater. I nattskyen er dette støvet amorft, dvs. atomer og molekyler som utgjør et støvkorn er satt sammen på en kaotisk måte, og kornene er fluffy og veldig små, typisk omtrent 0,0001 mm store. I nærheten av den unge stjernen der temperaturen og tettheten er høyest, har imidlertid støvpartiklene i den omliggende stjerneskiven en tendens til å feste seg sammen slik at kornene blir større. Dessuten blir støvet oppvarmet av stjernestråling, og dette får molekylene i kornene til å ordne seg opp igjen i geometriske (krystallinske) mønstre.
Følgelig blir støvet i skiveområdene som er nærmest stjernen snart omdannet fra "uberørt" (lite og amorft) til "behandlet" (større og krystallinsk) korn.
Spektrale observasjoner av silikatkorn i den midtinfrarøde bølgelengderegionen (rundt 10 m) vil vise om de er "uberørte" eller "behandlet". Tidligere observasjoner av plater rundt unge stjerner har vist at en blanding av uberørt og bearbeidet materiale var til stede, men det var så langt umulig å se hvor de forskjellige kornene bodde på platen.
Takket være en hundrelappet økning i vinkeloppløsningen med VLTI og det svært følsomme MIDI-instrumentet, viser detaljerte infrarøde spektra av de forskjellige regionene på de protoplanetære skivene rundt tre nyfødte stjerner, bare noen få millioner år gamle, nå at støvet nær stjernen er mye mer bearbeidet enn støvet i de ytre skiveområdene. I to stjerner (HD 144432 og HD 163296) er støvet i den indre platen ganske bearbeidet mens støvet i den ytre platen er nesten perfekt. I den tredje stjernen (HD 142527) blir støvet behandlet i hele platen. I den sentrale regionen av denne platen er den ekstremt behandlet, konsistent med helt krystallinsk støv.
En viktig konklusjon fra VLTI-observasjonene er derfor at byggesteinene for jordlignende planeter er til stede i omkretsstillende plater helt fra starten. Dette er av stor betydning ettersom det indikerer at planeter av den terrestriske (steinete) typen som jorden sannsynligvis er ganske vanlige i planetariske systemer, også utenfor solsystemet.
De uberørte kometene
De nåværende observasjonene har også implikasjoner for studiet av kometer. Noen - kanskje alle - kometer i solsystemet inneholder både uberørt (amorft) og bearbeidet (krystallinsk) støv. Kometer ble definitivt dannet i store avstander fra sola, i de ytre områdene av solsystemet der det alltid har vært veldig kaldt. Det er derfor ikke klart hvordan bearbeidede støvkorn kan havne i kometer.
I en teori blir bearbeidet støv fraktet utover fra den unge solen ved turbulens i den ganske tette sirkelsolære skiven. Andre teorier hevder at det bearbeidede støvet i kometer ble produsert lokalt i de kalde områdene over mye lengre tid, kanskje av sjokkbølger eller lynbolter på platen, eller ved hyppige kollisjoner mellom større fragmenter.
Det nåværende teamet med astronomer konkluderer nå at den første teorien er den mest sannsynlige forklaringen på tilstedeværelsen av bearbeidet støv i kometer. Dette innebærer også at kometene med lang tid som noen ganger besøker oss fra de ytre delene av solsystemet, virkelig er uberørte legemer, som dateres tilbake til en tid da Jorden og de andre planetene ennå ikke var dannet.
Studier av slike kometer, spesielt når de utføres in situ, vil derfor gi direkte tilgang til det originale materialet som solsystemet ble dannet fra.
Mer informasjon
Resultatene rapportert i denne ESO PR blir presentert mer detaljert i et forskningsoppgave “Byggesteinene til planeter i den” terrestriske ”regionen til protoplanetære disker”, av Roy van Boekel og medforfattere (Nature, 25. november 2004). Observasjonene ble gjort i løpet av ESOs tidlige vitenskapsdemonstrasjonsprogram.
Merknader
[1]: Denne pressemeldingen fra ESO er gitt ut i samarbeid med Astronomical Institute ved University of Amsterdam, Nederland (NOVA PR) og Max-Planck-Institut f? R Astronomie (Heidelberg, Tyskland (MPG PR)).
[2]: Teamet består av Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik og Alex de Koter (Astronomisk institutt, University of Amsterdam, Nederland), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler og Frank Przygodda (Max-Planck-Institut f. astronomi, Heidelberg, Tyskland), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schler og Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe og Jeroen de Jong (Leiden observatorium , Nederland), Anne Dutrey og Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Frankrike), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Frankrike), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Frankrike) og Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut for Radioastronomie, Bonn, Tyskland).
[3]: MIDI-instrumentet er resultatet av et samarbeid mellom tyske, nederlandske og franske institutter. Se ESO PR 17/03 og ESO PR 25/02 for mer informasjon.
Originalkilde: ESO News Release
