European Southern Observatory (ESO) har släppt en fantastisk samling av bilder av circumstellar-skivorna som omger unga stjärnor. Bilderna togs med SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) på ESO: s Very Large Telescope (VLT) i Chile. Vi har tittat på bilder av circumstellar-skivor under en längre tid, men den här kollektionen avslöjar den fascinerande variationen i former som en storlek som dessa diskar kan ta.
Vi har en allmänt accepterad modell av stjärnbildning som stöds av gott bevis, inklusive bilder som dessa från ESO. Modellen börjar med ett moln av gas och damm som kallas ett gigantiskt molekylärt moln. Inom det molnet börjar en ficka med gas och damm samlas. Så småningom, när tyngdkraften får materialet att falla inåt, blir fickan mer massiv och utövar ännu mer tyngdkraft. Mer gas och damm fortsätter att dras in.
Materialet som faller in ger också en viss vinkelmoment till fickan, vilket orsakar rotation. När tillräckligt med material har ackumulerats antänds fusion och en stjärna föds. Vid den punkten finns det en proto-stjärna inne i molnet, med oanvänd gas och damm kvar i en roterande ring runt proto-stjärnan. Den kvarvarande roterande ringen kallas en circumstellar-skiva, av vilken planeter så småningom bildas.
Det finns andra bilder på cirkumstellar-skivor, men de har varit utmanande att fånga. För att avbilda vilken mängd detaljer som helst på skivorna måste du blockera ljuset från stjärnan i mitten av disken. Det är där SPHERE kommer in.
SPHERE lades till ESO: s Very Large Telescope 2014. Det primära jobbet är att direkt avbilda exoplaneter, men det har också förmågan att fånga bilder av circumstellar-skivor. För att göra det skiljer det två typer av ljus: polariserat och icke-polariserat.
Ljus som kommer direkt från en stjärna - i dessa bilder, en ung stjärna som fortfarande är omgiven av en circumstellar-skiva - är icke-polariserad. Men när den stjärnbelysningen sprids av materialet i själva skivan blir ljuset polariserat. SPHERE, som namnet antyder, kan skilja de två ljustyperna och isolera bara ljuset från disken. Det är så instrumentet fångar så fascinerande bilder av skivorna.
Ända sedan det blev klart att exoplaneter inte är sällsynta, och att de flesta stjärnor - kanske alla stjärnor - har planeter som kretsar kring dem, har förståelse av bildandet av solsystemet blivit ett hett ämne. Problemet har varit att vi inte riktigt kan se det hända i realtid. Vi kan titta på vårt eget solsystem och andra helt formade, och göra gissningar om hur de bildades. Men planetbildning är gömd inuti dessa omkretsar. Att se till dessa diskar är avgörande för att förstå kopplingen mellan egenskaperna på själva disken och planeterna som bildas i systemet.
Skivorna som avbildas i denna samling kommer mestadels från en studie som kallas DARTTS-S (Discs ARound T Tauri Stars with SPHERE). T Tauri-stjärnor är unga stjärnor som är mindre än 10 miljoner år gamla. I den åldern är planeter fortfarande i form. Stjärnorna sträcker sig från 230 till 550 ljusår bort från jorden. I astronomiska termer är det ganska nära. Men stjärnornas bländande starka ljus gör det fortfarande mycket svårt att fånga skivans svaga ljus.
En av bilderna är inte en T Tauri-stjärna och kommer inte från DARTTS-S-studien. Skivan runt stjärnan GSC 07396-00759, på bilden ovan, är faktiskt från SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) undersökningen, även om själva bilderna togs med SPHERE. GSC 07396-00759 är en röd stjärna som är en del av ett system med flera stjärnor som ingick i DARTTS-S-studien. Det förbryllande är att röd stjärna är i samma ålder som T TAURI-stjärnan i samma system, men ringen runt den röda stjärnan är mycket mer utvecklad. Varför de två skivorna runt två stjärnor i samma ålder skiljer sig så mycket från varandra när det gäller tidsskalor och evolution är ett pussel, och är en av orsakerna till att astronomer vill studera dessa skivor mycket närmare.
Vi kan studera vårt eget solsystem och titta på planeternas och asteroidbältets och Kuiper-bältets positioner och egenskaper. Från det kan vi försöka gissa hur det hela bildades, men vår enda chans att förstå hur det hela kom samman är att titta på andra yngre solsystem som de bildar.
SPHERE-instrumentet, och andra framtida instrument som James Webb Space Telescope, kommer att göra det möjligt för oss att titta på de circumstellariska skivorna runt andra stjärnor och att reta ut detaljerna om planetbildning. Dessa nya bilder från SPHERE är en främmande smak av detaljen och variationen vi kan förvänta oss att se.
