"Ooompah, loompah, roopity rost ... ALMA hittar kometer som gömmer sig i damm." Enligt många studier under de senaste åren är astronomer medvetna om att planeter verkar vara överallt runt stjärnor. Nu, tack vare ett sött teleskop, Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), har vetenskapen tagit ett stort steg framåt för att förstå hur minuscule dammkorn i en protoplanetärisk skiva en dag kan utvecklas till ett större format.
Lite mindre än 400 ljusår från Jorden är ett ungdommande solsystem katalogiserat som Oph IRS 48. I bilder tagna av dess yttre omkretsar har astronomer tagit fram en viktig ledtråd i dess virvlande massor av damm - en halvmåneformad region som kallas en " dammfälla ”. Forskare anser att detta område kan vara en skyddande kokong som gör att steniga formationer kan ta form. Varför är en sådan region viktig? Det är krossfaktorn. När astronomer försöker modellera damm till steniga formationer har de hittat partiklarna självförstörande ... antingen genom att krascha in i varandra eller dras in i den centrala stjärnan. För att de ska gå förbi en viss storlek måste de helt enkelt ha ett skyddsområde för att de ska kunna växa.
"Det finns ett stort hinder i den långa händelsekedjan som leder från små dammkorn till planetstorlekar," sade Til Birnstiel, forskare vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass., Och medförfattare till artikeln publicerad i tidskriften Science. ”I datormodeller för planetbildning måste dammkorn växa från submikronstorlekar till föremål upp till tio gånger jordens massa på bara några miljoner år. Men när partiklarna blir tillräckligt större, börjar de öka hastigheten och antingen kolliderar, skickar dem tillbaka till kvadratisk en, eller långsamt driver inåt och hindrar ytterligare tillväxt. "
Så var kan en nyfödd planet, komet eller asteroid gömma sig? Nienke van der Marel, en doktorand vid Leiden Observatory i Nederländerna, och huvudförfattare till artikeln, använde ALMA tillsammans med sina medarbetare för att titta närmare på Oph IRS 48 och upptäckte en torus med gas med en central hål. Frånvaron av dammpartiklar skilde sig mycket från tidigare resultat som hämtats på ESO: s Very Large Telescope.
"Först kom formen på dammet i bilden som en fullständig överraskning för oss," säger van der Marel. ”I stället för den ring som vi hade förväntat oss se, så hittade vi en mycket tydlig form av cashewnötter! Vi var tvungna att övertyga oss själva om att den här funktionen var verklig, men den starka signalen och skärpan i ALMA-observationerna lämnade inget tvivel om strukturen. Då insåg vi vad vi hade hittat. ”
En överraskning? Det kan du ge dig på. Det teamet avslöjade var en region där stora dammkorn förblev fångade och kunde fortsätta att vinna massa när allt fler korn kolliderade och smälte samman. Här var "dammfällan" som teoretiker förutspådde.
Laddar spelare ...
Så vad gör det? För att hålla dammkornen ihop och bilda krävs en virvel - ett område med högt tryck för att skydda dem. För att bilda denna virvel måste det finnas ett stort föremål närvarande, antingen en följeslagare eller en gasjätt. Liksom en båt som slösade genom algefyllda vatten, skulle det sekundära föremålet på planetskivan rensa en väg i dess kölvattnet, och producera de kritiska virvlarna och virvlarna som behövs för att skapa dammfällan. Medan tidigare studier av Oph IRS 48 avslöjade en stel ring av kolmonoxidgas i kombination med damm, sågs ingen "fälla". Men det betyder inte att observationen var negativ. Astronomer upptäckte också en klyfta mellan de inre och yttre delarna av solsystemet - en ledtråd till närvaron av den nödvändiga stora kroppen.
Förhållandena var rätt för en eventuell dammfälla. Ange ALMA. Nu kunde forskarna se både gasen och större dammkorn samtidigt. Dessa nya observationer ledde till en upptäckt som inget annat teleskop ännu hade avslöjat ... en skonsig bula i skivans yttre del.
Som van der Marel förklarar: ”Det är troligt att vi tittar på en slags kometfabrik eftersom förhållandena är rätt för partiklarna att växa från millimeter till kometstorlek. Dammet kommer sannolikt inte att bilda planeter i full storlek på detta avstånd från stjärnan. Men inom en snar framtid kommer ALMA att kunna observera dammfällor närmare sina förälderstjärnor, där samma mekanismer är i arbete. Sådana dammfällor skulle verkligen vara vaggarna för nyfödda planeter. ”
När större partiklar migrerar mot områden med högre tryck, tar dammfällan form. För att validera sina resultat använde forskarna datormodellering för att visa att ett högtrycksregion kan uppstå genom rörelsen av gasen vid öppningskanterna. Det matchar observationen av Oph IRS 48-skivan.
”Kombinationen av modelleringsarbete och högkvalitativa observationer av ALMA gör detta till ett unikt projekt”, säger Cornelis Dullemond från Institutet för teoretisk astrofysik i Heidelberg, Tyskland, som är en expert på dammutveckling och skivmodellering och en medlem av teamet . "Ungefär när dessa observationer erhölls, arbetade vi med modeller som förutspådde exakt den här typen av strukturer: ett mycket lyckligt sammanfall."
"Denna struktur som vi ser med ALMA skulle kunna nedskalas för att representera vad som kan hända i det inre solsystemet där fler jordliknande steniga planeter skulle bildas," sade Birnstiel. "När det gäller dessa observationer kan vi dock se något som är analogt med bildandet av vår sol Kuiper Belt eller Oort Cloud, regionen i vårt solsystem där kometer tros komma från."
Som den drömfabriken i vår barndom är ALMA fortfarande under uppbyggnad. Dessa unika observationer gjordes med ALMA Band 9-mottagare - europeiskt tillverkad instrument som tillåter ALMA att leverera sina skarpaste, mest detaljerade bilder hittills.
"Dessa iakttagelser visar att ALMA kan leverera transformationell vetenskap, även med mindre än hälften av den fulla uppsättningen som används", säger Ewine van Dishoeck från Leiden observatorium, som har varit en viktig bidragsgivare till ALMA-projektet i mer än 20 år . "Det otroliga hoppet i både känslighet och bildskärpa i Band 9 ger oss möjlighet att studera grundläggande aspekter av planetbildning på sätt som helt enkelt inte var möjliga förut."
Original berättelse Källa: ESO News Release. För vidare läsning: NRAO News Release.
