En vetenskapligt noggrann modell av Beta Pictoris och dess disk. Klicka för att förstora
Skivorna med gas och damm som omger nyfödda stjärnor kallas proto-planetariska skivor; som tros vara regioner där planeter så småningom kommer att bildas. Dessa skivor försvinner när stjärnorna mognar, men vissa stjärnor kan fortfarande ses med ett moln av material runt dem som kallas skräpskivor. En av de mest kända av dessa är skivan som omger Beta Pictoris, som ligger bara 60 ljusår bort.
Planeter bildas i diskar av gas och damm som omger nyfödda stjärnor. Sådana diskar kallas proto-planetariska diskar. Dammet i dessa diskar blir steniga planeter som Jorden och de inre kärnorna i jätte gasplaneter som Saturnus. Detta damm är också ett förvar med element som utgör grunden för livet.
Proto-planetariska skivor försvinner när stjärnor mognar, men många stjärnor har vad som kallas skräpskivor. Astronomer antar att när föremål som asteroider och kometer föddes från den proto-planetära disken, kan kollisioner bland dem producera en sekundär dammskiva.
Det mest kända exemplet på sådana dammskivor är den som omger den näst ljusaste stjärnan i stjärnbilden Pictor, vilket betyder ”målarens staffli”. Denna stjärna, känd som Beta Pictoris eller Beta Pic, är en mycket nära granne till solen, bara sextio ljusår bort, och därför lätt att studera i detalj.
Beta Pic är dubbelt så ljus som solen, men ljuset från disken är mycket svagare. Astronomerna Smith och Terrile var de första som upptäckte detta svaga ljus 1984 genom att blockera ljuset från själva stjärnan med hjälp av en teknik som kallas coronagraphy. Sedan dess har många astronomer observerat Beta Pic-disken med hjälp av allt bättre instrument och mark- och rymdbaserade teleskop för att i detalj förstå planets födelseort och därmed livet.
Ett team av astronomer från National Astronomical Observatory of Japan, Nagoya University och Hokkaido University kombinerade flera tekniker för första gången för att få en infraröd polarisationsbild av Beta Pic-disken med bättre upplösning och högre kontrast än någonsin tidigare: ett stort bländare teleskop ( Subaru-teleskopet, med sin stora 8,2 meters primära spegel), adaptiv optikteknik och en koronagraphic imager som kan ta bilder av ljus med olika polarisationer (Subarus Coronagraphic Imager med Adaptive Optics, CIAO).
Ett stort teleskop med bländare, särskilt med Subarus stora bildkvalitet, gör att svagt ljus kan ses i hög upplösning. Adaptiv optikteknik minskar jordens atmosfärs snedvridande effekter på ljus, vilket möjliggör observationer med högre upplösning. Coronagraphy är en teknik för att blockera ljus från ett ljust objekt som en stjärna, för att se svagare föremål nära den, till exempel planeter och damm som omger en stjärna. Genom att observera polariserat ljus kan reflekterat ljus skiljas från ljus som kommer direkt från dess ursprungliga källa. Polarisering innehåller också information om storleken, formen och justeringen av damm som reflekterar ljus.
Med denna kombination av tekniker lyckades teamet att observera Beta Pic i infrarött ljus två mikrometer i våglängd med en upplösning av en femtedel av ett bågsekund. Denna upplösning motsvarar att man kan se ett enskilt riskorn från en mil bort eller ett senapsfrö från en kilometer bort. Att uppnå denna upplösning representerar en enorm förbättring jämfört med jämförbara tidigare polarimetriska observationer från 1990-talet som endast hade upplösningar på ungefär ett och ett halvt bågsekunder.
De nya resultaten tyder starkt på att Beta Pic: s disk innehåller planetimaler, asteroider eller kometliknande objekt, som kolliderar för att generera damm som återspeglar stjärnljus.
Polariseringen av ljuset som reflekteras från skivan kan avslöja de fysiska egenskaperna hos disken såsom komposition, storlek och distribution. En bild av alla två mikrometer våglängdsljuset visar den långa tunna strukturen på skivan sett nästan kant på. Polarisationen av ljuset visar att tio procent av ljuset med två mikrometer är polariserat. Polarisationsmönstret indikerar att ljuset är en reflektion av ljus som härstammar från den centrala stjärnan.
En analys av hur skivans ljusstyrka ändras med avståndet från det centrala visar en gradvis minskning av ljusstyrkan med en liten svängning. Den lilla svängningen i ljusstyrka motsvarar variationer i diskens densitet. Den mest troliga förklaringen är att tätare regioner motsvarar var planetesimaler kolliderar. Liknande strukturer har sett närmare stjärnan i tidigare observationer vid längre våglängder med hjälp av Subarus COoled Mid-Infrared Camera and Spectrograph (COMICS) och andra instrument.
En liknande analys av hur polarisationsmängden förändras med avståndet från stjärnan visar en minskning av polarisationen på ett avstånd av hundra astronomiska enheter (en astronomisk enhet är avståndet mellan Jorden och solen). Detta motsvarar en plats där ljusstyrkan också minskar, vilket antyder att på detta avstånd från stjärnan finns det färre planetesimaler.
När teamet undersökte modeller av Beta Pic-disken som kan förklara både de nya och gamla observationerna, fann de att dammet på Beta Pic-disken är mer än tio gånger större än typiska korn av interstellärt damm. Beta Pics dammskiva är förmodligen tillverkad av löst klumpar av mikrometer av damm och is som dammkaniner av små storlekar av bakterier.
Tillsammans ger dessa resultat mycket starkt bevis på att skivan som omger Beta Pic genereras av bildandet och kollisionen av planetesimaler. Detaljeringsnivån för denna nya information stärker vår förståelse för miljön där planeter formas och utvecklas.
Motohide Tamura som leder teamet säger att "få människor har kunnat studera planets födelseort genom att observera polariserat ljus med ett stort teleskop. Våra resultat visar att detta är en mycket givande strategi. Vi planerar att utvidga vår forskning till andra skivor för att få en omfattande bild av hur damm förvandlas till planeter. ”
Dessa resultat publicerades i 20 april 2006, utgåvan av Astrophysical Journal.
Teammedlemmar: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Nagoya University, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Hokkaido University)
Denna forskning stöds av Japans ministerium för utbildning, kultur, idrott, vetenskap och teknik genom ett bidrag till stöd för vetenskaplig forskning om prioriterade områden för ”Utveckling av extra-solplanetisk vetenskap.”
Originalkälla: NAOJ News Release
