Enligt Nebulahypotesen bildas stjärnor och deras planetsystem från gigantiska moln av damm och gas. Efter att ha genomgått gravitationskollaps i mitten (vilket skapar stjärnan) bildar den återstående materien sedan en ackretionsskiva i en bana runt den. Med tiden matas denna fråga till stjärnan - vilket gör att den blir mer massiv - och leder också till skapandet av ett planetsystem.
Och fram till denna vecka var Nebulahypotesen just det. Med tanke på avståndet och det faktum att bildningen av stjärnsystem tar miljarder år är det ganska svårt att kunna se processen i olika stadier. Men tack vare ansträngningarna från forskargrupper från USA och Taiwan har astronomer nu fångat den första tydliga bilden av en ung stjärna omgiven av en ackretionsskiva.
Som de förklarade i sitt papper - "First Detection of Equatorial Dark Dust Lane in a Protostellar Disk at Submillimeter Wavelength", som nyligen publicerades i tidskriften Vetenskapliga framsteg - dessa skivor är svåra att lösa rumsligt på grund av deras små storlekar. Men genom att använda Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - som erbjuder en aldrig tidigare skådad upplösning - kunde de lösa en stjärnskiva och studera den i detalj.
Det ifrågavarande protostellära systemet är känt som HH 212, ett ungt stjärnsystem (40 000 år gammalt) beläget i Orion-konstellationen, ungefär 1300 ljusår från Jorden. Detta stjärnsystem är känt för sin kraftfulla bipolära stråle - dvs de kontinuerliga flödena av joniserad gas från dess poler - som tros leda till att den ansluter materien mer effektivt. På grund av dess ålder och dess position relativt Jorden har detta protostarsystem varit ett populärt mål för astronomer tidigare.
I grund och botten, det faktum att det fortfarande befinner sig i en tidig fas av bildandet (och det faktum att det kan ses i kant) gör stjärnsystemet idealiskt för att studera utvecklingen av lågmassastjärnor. Emellertid hade tidigare sökningar en högsta upplösning på 200 AU, vilket innebar att astronomer bara kunde få antydan till en liten dammig disk. Den här disken verkade som ett platt kuvert, spiralande mot protostaren i mitten.
Men med ALMA: s upplösning (8 AU, eller 25 gånger högre), kunde forskargruppen inte bara upptäcka förträngningsskivan, utan också kunna rumsligt lösa sina dammutsläpp vid submillimetervåglängden. Som Chin-Fei Lee - en forskare vid Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) i Taiwan och huvudförfattaren i tidningen - sa i ett pressmeddelande från ALMA:
”Det är så fantastiskt att se en så detaljerad struktur på en mycket ung ackretionsskiva. Under många år har astronomer letat efter ackretionsskivor i den tidigaste fasen av stjärnbildningen, för att bestämma deras struktur, hur de bildas och hur ackretionsprocessen sker. Nu använder vi ALMA med sin fulla upplösningskraft, detekterar vi inte bara en ackretionsskiva utan löser också den, särskilt dess vertikala struktur, i detalj. ”
Vad de observerade var en skiva som har en radie av ungefär 60 astronomiska enheter, som är något större än avståndet från solen och ytterkanten av Kuiper Belt (50 AU). De noterade också att disken komprometterades med silikatmineraler, järn och andra interstellära ämnen och bestod av ett framträdande ekvatorialt mörkt lager som var inklämt mellan två ljusare lager.
Denna kontrast mellan ljusa och mörka sektioner berodde på relativt låga temperaturer och högt optiskt djup nära skivans centrala plan. Samtidigt visade skikten över och under det centrala planet större absorption i både de optiska och nära infraröda ljusvåglängderna. På grund av detta skiktade utseende beskrev forskarteamet att det såg ut som ”en hamburgare”.
Dessa observationer är spännande nyheter för det astronomiska samhället och inte bara för att de är en första. Dessutom representerar de också en ny möjlighet att studera små diskar runt de yngsta protesterna. Och med de typer av högupplösta avbildningar som eventuellt görs av ALMA och andra nästa generations teleskop, kommer astronomer att kunna sätta nya och starkare begränsningar för teorier som rör skivbildning.
Som Zhi-Yun Li från University of Virginia (medförfattaren till studien) uttryckte det:
”I den tidigaste fasen av stjärnbildningen finns det teoretiska svårigheter att producera en sådan skiva, eftersom magnetfält kan bromsa rotationen av kollapsande material, vilket förhindrar att en sådan skiva bildas runt en mycket ung protostar. Denna nya konstatering innebär att magnetfältets retarderande effekt vid skivbildning kanske inte är så effektiv som vi trodde tidigare. ”
En chans att titta på stjärnor och planetariska system i sin tidigaste fas av bildandet och en chans att testa våra teorier om hur det går till? Definitivt inte något som händer varje dag!
Och se till att njuta av den här videon av observationen, med tillstånd av ALMA och berättad av Dr. Lee:
