Astronomer är förstås fascinerade av Epsilon Eridani-systemet. För det första är detta stjärnsystem nära vårt eget, på cirka 10,5 ljusår från solsystemet. För det andra har det varit känt under en tid att det innehåller två asteroidbälten och en stor skräpskiva. Och för det tredje har astronomer misstänkt i många år att denna stjärna också kan ha ett planetsystem.
Utöver allt detta har en ny studie av ett team av astronomer visat att Epsilon Eridani kan vara vad vårt eget solsystem var ut under sina yngre dagar. Med förtroende för NASA: s stratosfäriska observatorium för SOFIA-flygplan genomförde teamet en detaljerad analys av systemet som visade hur det har en arkitektur som anmärkningsvärt liknar astronomen tror att solsystemet en gång såg ut.
Leds av Kate Su - en associerad astronom med Steward Observatory vid University of Arizona - teamet inkluderar forskare och astronomer från Institutionen för fysik och astronomi vid Iowa State University, Astrophysical Institute och University Observatory vid University of Jena (Tyskland) och NASA: s Jet Propulsion Laboratory och Ames Research Center.
För deras studie - vars resultat publicerades i The Astronomical Journal under titeln ”Inner 25 AU Debris Distribution in Epsilon Eri System” - teamet förlitade sig på uppgifter som erhållits genom en flygning från SOFIA i januari 2015. Kombinerad med detaljerad datormodellering och forskning som pågick i flera år, kunde de göra nya bestämningar om strukturen för skräpskivan.
Som redan nämnts indikerade tidigare studier av Epsilon Eridani att systemet är omgivet av ringar som består av material som i grunden är rester från planeten. Sådana ringar består av gas och damm och tros också innehålla många små steniga och isiga kroppar - som solsystemets egen Kuiper Belt, som kretsar kring vår sol bortom Neptun.
Noggranna mätningar av skivans rörelse har också indikerat att en planet med nästan samma massa som Jupiter cirklar stjärnan på ett avstånd som är jämförbart med Jupiters avstånd från solen. Baserat på tidigare data som erhållits av NASA: s Spitzer Space Telescope kunde forskare emellertid inte fastställa varma material i skivan - dvs damm och gas - som gav upphov till två modeller.
I det ena koncentreras varmt material till två smala ringar som kretsar runt stjärnan på avstånd motsvarande huvudsteroidbältet och Uranus i vårt solsystem. Enligt denna modell skulle den största planeten i systemet troligen vara förknippad med ett angränsande skräpbälte. I det andra finns varmt material i en bred skiva, koncentreras inte till asteroidbältliknande ringar och är inte associerad med några planeter i det inre området.
Med de nya SOFIA-bilderna kunde Su och hennes team fastställa att det varma materialet kring Epsilon Eridani är ordnat som den första modellen antyder. I huvudsak är det i minst ett smalt bälte, snarare än i en bred kontinuerlig disk. Som Su förklarade i ett pressmeddelande från NASA:
”Den höga rumsliga upplösningen av SOFIA i kombination med den unika våglängdstäckningen och imponerande dynamiska räckvidden för FORCAST-kameran gjorde det möjligt för oss att lösa den varma utsläppet kring eps Eri, vilket bekräftar modellen som lokaliserade det varma materialet nära Jovian planetens bana. Dessutom behövs ett planetmassobjekt för att stoppa dammarket från den yttre zonen, liknande Neptuns roll i vårt solsystem. Det är verkligen imponerande hur eps Eri, en mycket yngre version av vårt solsystem, är sammansatt som vår. ”
Dessa observationer möjliggjordes tack vare SOFIA: s teleskop ombord, som har en större diameter än Spitzer - 2,5 meter (100 tum) jämfört med Spitzers 0,85 m (33,5 tum). Detta möjliggjorde en mycket större upplösning, som teamet använde för att urskilja detaljer inom Epsilon Eridani-systemet som var tre gånger mindre än vad som hade observerats med hjälp av Spitzer-data.
Dessutom använde teamet SOFIA: s kraftfulla mitteninfra-infraröda kamera - Faint Object infraRed CAmera för SOFIA Telescope (FORCAST). Detta instrument gjorde det möjligt för teamet att studera de starkaste infraröda utsläppen som kommer från det varma materialet runt stjärnan som annars inte kan upptäckas av markbaserade observatorier - på våglängder mellan 25-40 mikron.
Dessa observationer indikerar vidare att Epsilon Eridani-systemet liknar vårt eget, om än i yngre form. Förutom att ha asteroidbälten och en skräpskiva som liknar vårt huvudbälte och Kuiper Belt, verkar det som att det troligen har fler planeter som väntar på att finnas inom utrymmen mellan. Som sådan kan studiet av detta system hjälpa astronomer att lära sig saker om vårt eget solsystem.
Massimo Marengo, en av hans medförfattare till studien, är docent vid institutionen för fysik och astronomi vid Iowa State University. Som han förklarade i ett University of Iowa pressmeddelande:
”Denna stjärna är värd för ett planetsystem som för närvarande genomgår samma kataklysmiska processer som hände med solsystemet i sin ungdom, vid den tidpunkt då månen fick de flesta av sina kratrar, Jorden förvärvade vattnet i dess hav och förhållandena som var gynnsamma för livet på vår planet var inställd. ”
För tillfället kommer fler studier att behöva genomföras på detta angränsande stjärnsystem för att lära sig mer om dess struktur och bekräfta att det finns fler planeter. Och det förväntas att utbyggnaden av nästa generations instrument - som James Webb Space Telescope, planerat att lanseras i oktober 2018 - kommer att vara oerhört användbart i detta avseende.
"Priset i slutet av denna väg är att förstå den verkliga strukturen på Epsilon Eridanis värld utanför denna värld, och dess interaktion med kohorten av planeter som troligt bebor sitt system," skrev Marengo i ett nyhetsbrev om projektet. "SOFIA, genom sin unika förmåga att fånga infrarött ljus i den torra stratosfäriska himlen, är det närmaste vi har en tidsmaskin, som avslöjar ett glimt av jordens gamla förflutna genom att observera närvarande av en närliggande ung sol."
