ALMA finnur halastjörnuverksmiðju
Nýjar athuganir á „rykgildru“ umhverfis unga stjörnu leysir gamla ráðgátu um myndun reikistjarna
Sævar Helgi Bragason
06. jún. 2013
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa fundið rykgildru umhverfis unga stjörnu sem leysir gamalt vandamál um myndun reikistjarna
Stjörnufræðingar hafa með hjálp Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) tekið mynd af svæði umhverfis unga stjörnu, þar sem rykagnir geta vaxið með því að límast saman. Þessi uppgötvun leysir gamla ráðgátu um vöxt rykagna í efnisskífum stjarna svo þær geti að lokum myndað halastjörnur, reikistjörnur og aðra berghnetti. Niðurstöðurnar eru birtar í tímaritinu Science sem kom út 7. júní 2013.
Í dag vita stjörnufræðingar að sólkerfi eru algeng. Hins vegar skiljum við enn ekki til fulls hvernig þau myndast og enn er margt á huldu um myndum halastjarna, reikistjarna og annarra berghnatta. Nýjar mælingar ALMA hafa nú svarað einni stærstu spurningunni: Hvernig vaxa örsmáar rykagnir í skífum ungra stjarna — uns þær mynda að lokum steina og hnullunga sem eru meira en metri að stærð?
Tölvulíkön hafa bent til þess að rykagnir vaxi þegar þær rekast á og límast saman. Þegar stærri agnirnar rekast aftur á móti saman á miklum hraða, sundrast þær og eru þá komnar aftur á byrjunarreit. Líkönin sýna líka að jafnvel þegar þetta gerist ekki, ferðast stærri agnirnar svo hratt inn í átt að stjörnunni, vegna núnings við rykið og gasið, að þær falla inn í hana að lokum. Þá er ekki nokkur möguleiki á að þær vaxi frekar.
Rykið þarf á einhverju skjóli að halda svo agnirnar geti vaxið þar til þær hafa náð nægilegri stærð til að komast af á eigin spýtur [1]. Stjörnufræðingar hafa stungið upp „rykgildrum“ sem lausn, en þar til nú hafa engar sannanir verið fyrir tilvist þeirra.
Nienke van der Marel, doktorsnemi við Leiden stjörnustöðina í Hollandi og aðalhöfundur greinar um rannsóknina, og samstarfsfélagar hennar, notuðu ALMA sjónaukann til að rannsaka skífu við stjörnu sem kallast Oph-IRS 48 [2]. Þau komust að því að stjarnan var umlukin gashring og að í miðju hans var gat, líklega vegna óséðrar reikistjörnu eða fylgistjörnu. Eldri mælingar Very Large Telescope ESO höfðu þegar sýnt að litlar rykagnir mynduðu samskonar hring. En nýju myndir ALMA sýndu hins vegar gerólíkt form þar sem stærri rykagnir, í kringum millímetri að stærð, var að finna!
„Í fyrstu kom lögun ryksins á myndinni okkur mjög á óvart,“ segir van der Marel. „Í stað hringsins sem við áttum von á að sjá, fundum við mjög greinilega kasjúhnetulögun! Við urðum að sannfæra sjálf okkur um að þetta form væri raunverulegt en þökk sé traustum mælingum ALMA efuðumst við ekki um tilvist formsins. Þá áttuðum við okkur líka á hvað við hefðum í raun fundið.“
Stjörnufræðingarnir fundu svæði sem stærri rykagnir voru fastar í og uxu sífellt með því að rekast á og límast saman. Þarna var rykgildran — akkúrat það sem kenningasmiðir föluðust eftir.
„Við erum sennilega að horfa á nokkurs konar halastjörnuverksmiðju, þar sem aðstæðurnar eru heppilegar til að agnirnar vaxi úr millímetrastærð upp í stærð halastjarna. Rykið er ekki líklegt til að mynda fullvaxnar reikistjörnur í þessari fjarlægð frá stjörnunni. Í náinni framtíð mun ALMA hins vegar kanna rykgildrur sem eru mun nær móðurstjörnunum og sjá sama ferli í gangi. Slíkar rykgildrur gætu verið vöggur nýfæddra reikistjarna,“ útskýrir van der Marel.
Rykgildran verður til þegar stærri agnir færast í átt að þeim svæðum þar sem þrýstingur er hærri. Tölvulíkön hafa sýnt að slík háþrýstisvæði megi hugsanlega rekja til hreyfingar gassins við jaðar gasholunnar — rétt eins og þeirrar sem fannst í þessari skífu.
„Samblanda af tölvuútreikningum og framúrskarandi mælingum ALMA gerir þetta verkefni einstakt,“ segir Cornelis Dullemond við Institute for Theoretical Astrophysics í Heidelberg í Þýskalandi, sem er sérfræðingur í að gera líkön af þróun gas- og rykskífa en hann er líka meðlimur í hópnum. „Á sama tíma og mælingarnar fóru fram unnum við að líkönum sem spáðu nákvæmlega fyrir um byggingar af þessu tagi: Mjög heppileg tilviljun.“
Mælingarnar fóru fram þegar ALMA var enn í smíðum. Notast var við ALMA band 9 móttakarann [3] — evrópskt tæki sem hingað til hefur skilað skörpustu myndum ALMA.
„Athuganirnar sýna að ALMA er fær um byltingarkenndar vísindarannsóknir, jafnvel þótt innan við helmingur raðarinnar hafi verið í notkun,“ segir Ewine van Dishoeck við Leiden stjörnustöðina sem lagt hefur heilmikið af mörkum til ALMA verkefnisins í yfir 20 ár.„Þetta mikla stökk í næmni og skerpu á bandi 9 gerir okkur kleift að rannsaka grunndvallaratriði í myndun reikistjarna betur en nokkru sinni fyrr.“
Skýringar
[1] Orsök rykgildrunnar, í þessu tilviki hvirfill í gasi skífunnar, endist venjulega í nokkur hundruð þúsund ár. Jafnvel eftir að rykgildran hættir að virka, tæki það rykið í henni milljónir ára að dreifast, svo nægur tími er fyrir rykagnirnar að vaxa frekar.
[2] Nafnið er sett saman úr nafni stjörnumerkisins og stjörnumyndunarsvæðisins sem kerfið er í og tegund uppsprettunnar, svo Oph stendur fyrir stjörnumerkið Naðurvalda (Ophiuchus) og IRS stendur fyrir innrauð uppspretta (infrared source). Oph-IRS 48 er í um 400 ljósára fjarlægð frá Jörðinni.
[3] ALMA getur gert mælingar á mismunandi böndum. Hingað til hafa skörpustu myndirnar náðst á bandi 9, þar sem gerðar eru mælingar á 0,4 til 0,5 millímetra bylgjulengdum.
Frekari upplýsingar
Þessi rannsókn er kynnt í greininni „ A major asymmetric dust trap in a transition disk,“ eftir van der Marel o.fl. sem birtist í tímaritinuScience þann 7. júní 2013.
Í rannsóknarteyminu eru Nienke van der Marel (Leiden Observatory, Leiden í Hollandi), Ewine F. van Dishoeck (Leiden Observatory; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching í Þýskalandi [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge í Bandaríkjunum [CfA]), Paola Pinilla (Heidelberg University, Heidelberg í Þýskalandi), Cornelis P. Dullemond (Heidelberg University), Tim A. van Kempen (Leiden Observatory; Joint ALMA Offices, Santiago í Chile), Markus Schmalzl (Leiden Observatory), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University, Beijing í Kína), Geoffrey S. Mathews (Leiden Observatory) og Vincent Geers (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin á Írlandi).
ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1325.
Tengdar myndir
Þessi teikning sýnir rykgildruna við stjörnuna Oph-IRS 48. Rykgildran veitir litlum ögnum í skífunni skjól og gerir þeim kleift að renna saman og verða nógu stór til að þau geti komist af á eigin spýtur. Mynd: ESO/L. Calçada
Merkt mynd frá Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) sýnir rykgildruna í skífunni sem umlykur stjörnuna Oph-IRS 48. Rykgildran veitir litlum ögnum í skífunni skjól og gerir þeim kleift að renna saman og verða nógu stór til að þau geti komist af á eigin spýtur. Græna svæðið er rykgildran, þar sem stærri agnir safnast saman. Stærð brautar Neptúnusar sést í efra horninu vinstra megin til samanburðar. Mynd: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel
ALMA finnur halastjörnuverksmiðju
Nýjar athuganir á „rykgildru“ umhverfis unga stjörnu leysir gamla ráðgátu um myndun reikistjarna
Sævar Helgi Bragason 06. jún. 2013 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa fundið rykgildru umhverfis unga stjörnu sem leysir gamalt vandamál um myndun reikistjarna
Stjörnufræðingar hafa með hjálp Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) tekið mynd af svæði umhverfis unga stjörnu, þar sem rykagnir geta vaxið með því að límast saman. Þessi uppgötvun leysir gamla ráðgátu um vöxt rykagna í efnisskífum stjarna svo þær geti að lokum myndað halastjörnur, reikistjörnur og aðra berghnetti. Niðurstöðurnar eru birtar í tímaritinu Science sem kom út 7. júní 2013.
Í dag vita stjörnufræðingar að sólkerfi eru algeng. Hins vegar skiljum við enn ekki til fulls hvernig þau myndast og enn er margt á huldu um myndum halastjarna, reikistjarna og annarra berghnatta. Nýjar mælingar ALMA hafa nú svarað einni stærstu spurningunni: Hvernig vaxa örsmáar rykagnir í skífum ungra stjarna — uns þær mynda að lokum steina og hnullunga sem eru meira en metri að stærð?
Tölvulíkön hafa bent til þess að rykagnir vaxi þegar þær rekast á og límast saman. Þegar stærri agnirnar rekast aftur á móti saman á miklum hraða, sundrast þær og eru þá komnar aftur á byrjunarreit. Líkönin sýna líka að jafnvel þegar þetta gerist ekki, ferðast stærri agnirnar svo hratt inn í átt að stjörnunni, vegna núnings við rykið og gasið, að þær falla inn í hana að lokum. Þá er ekki nokkur möguleiki á að þær vaxi frekar.
Rykið þarf á einhverju skjóli að halda svo agnirnar geti vaxið þar til þær hafa náð nægilegri stærð til að komast af á eigin spýtur [1]. Stjörnufræðingar hafa stungið upp „rykgildrum“ sem lausn, en þar til nú hafa engar sannanir verið fyrir tilvist þeirra.
Nienke van der Marel, doktorsnemi við Leiden stjörnustöðina í Hollandi og aðalhöfundur greinar um rannsóknina, og samstarfsfélagar hennar, notuðu ALMA sjónaukann til að rannsaka skífu við stjörnu sem kallast Oph-IRS 48 [2]. Þau komust að því að stjarnan var umlukin gashring og að í miðju hans var gat, líklega vegna óséðrar reikistjörnu eða fylgistjörnu. Eldri mælingar Very Large Telescope ESO höfðu þegar sýnt að litlar rykagnir mynduðu samskonar hring. En nýju myndir ALMA sýndu hins vegar gerólíkt form þar sem stærri rykagnir, í kringum millímetri að stærð, var að finna!
„Í fyrstu kom lögun ryksins á myndinni okkur mjög á óvart,“ segir van der Marel. „Í stað hringsins sem við áttum von á að sjá, fundum við mjög greinilega kasjúhnetulögun! Við urðum að sannfæra sjálf okkur um að þetta form væri raunverulegt en þökk sé traustum mælingum ALMA efuðumst við ekki um tilvist formsins. Þá áttuðum við okkur líka á hvað við hefðum í raun fundið.“
Stjörnufræðingarnir fundu svæði sem stærri rykagnir voru fastar í og uxu sífellt með því að rekast á og límast saman. Þarna var rykgildran — akkúrat það sem kenningasmiðir föluðust eftir.
„Við erum sennilega að horfa á nokkurs konar halastjörnuverksmiðju, þar sem aðstæðurnar eru heppilegar til að agnirnar vaxi úr millímetrastærð upp í stærð halastjarna. Rykið er ekki líklegt til að mynda fullvaxnar reikistjörnur í þessari fjarlægð frá stjörnunni. Í náinni framtíð mun ALMA hins vegar kanna rykgildrur sem eru mun nær móðurstjörnunum og sjá sama ferli í gangi. Slíkar rykgildrur gætu verið vöggur nýfæddra reikistjarna,“ útskýrir van der Marel.
Rykgildran verður til þegar stærri agnir færast í átt að þeim svæðum þar sem þrýstingur er hærri. Tölvulíkön hafa sýnt að slík háþrýstisvæði megi hugsanlega rekja til hreyfingar gassins við jaðar gasholunnar — rétt eins og þeirrar sem fannst í þessari skífu.
„Samblanda af tölvuútreikningum og framúrskarandi mælingum ALMA gerir þetta verkefni einstakt,“ segir Cornelis Dullemond við Institute for Theoretical Astrophysics í Heidelberg í Þýskalandi, sem er sérfræðingur í að gera líkön af þróun gas- og rykskífa en hann er líka meðlimur í hópnum. „Á sama tíma og mælingarnar fóru fram unnum við að líkönum sem spáðu nákvæmlega fyrir um byggingar af þessu tagi: Mjög heppileg tilviljun.“
Mælingarnar fóru fram þegar ALMA var enn í smíðum. Notast var við ALMA band 9 móttakarann [3] — evrópskt tæki sem hingað til hefur skilað skörpustu myndum ALMA.
„Athuganirnar sýna að ALMA er fær um byltingarkenndar vísindarannsóknir, jafnvel þótt innan við helmingur raðarinnar hafi verið í notkun,“ segir Ewine van Dishoeck við Leiden stjörnustöðina sem lagt hefur heilmikið af mörkum til ALMA verkefnisins í yfir 20 ár.„Þetta mikla stökk í næmni og skerpu á bandi 9 gerir okkur kleift að rannsaka grunndvallaratriði í myndun reikistjarna betur en nokkru sinni fyrr.“
Skýringar
[1] Orsök rykgildrunnar, í þessu tilviki hvirfill í gasi skífunnar, endist venjulega í nokkur hundruð þúsund ár. Jafnvel eftir að rykgildran hættir að virka, tæki það rykið í henni milljónir ára að dreifast, svo nægur tími er fyrir rykagnirnar að vaxa frekar.
[2] Nafnið er sett saman úr nafni stjörnumerkisins og stjörnumyndunarsvæðisins sem kerfið er í og tegund uppsprettunnar, svo Oph stendur fyrir stjörnumerkið Naðurvalda (Ophiuchus) og IRS stendur fyrir innrauð uppspretta (infrared source). Oph-IRS 48 er í um 400 ljósára fjarlægð frá Jörðinni.
[3] ALMA getur gert mælingar á mismunandi böndum. Hingað til hafa skörpustu myndirnar náðst á bandi 9, þar sem gerðar eru mælingar á 0,4 til 0,5 millímetra bylgjulengdum.
Frekari upplýsingar
Þessi rannsókn er kynnt í greininni „ A major asymmetric dust trap in a transition disk,“ eftir van der Marel o.fl. sem birtist í tímaritinuScience þann 7. júní 2013.
Í rannsóknarteyminu eru Nienke van der Marel (Leiden Observatory, Leiden í Hollandi), Ewine F. van Dishoeck (Leiden Observatory; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching í Þýskalandi [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge í Bandaríkjunum [CfA]), Paola Pinilla (Heidelberg University, Heidelberg í Þýskalandi), Cornelis P. Dullemond (Heidelberg University), Tim A. van Kempen (Leiden Observatory; Joint ALMA Offices, Santiago í Chile), Markus Schmalzl (Leiden Observatory), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University, Beijing í Kína), Geoffrey S. Mathews (Leiden Observatory) og Vincent Geers (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin á Írlandi).
ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1325.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir