Yksi tällä hetkellä kuumimmista astrofysiikan aiheista - Maan kaltaisten planeettojen metsästys muiden tähtien ympärillä - on juuri saanut tärkeän impulssin uusista spektrihavainnoista MIDI-instrumentilla ESO VLT -interferometrillä (VLTI).
Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä [2] on saanut ainutlaatuisen infrapunaspektrin pölystä proto-planetaaristen levyjen sisimmillä alueilla kolmen nuoren tähden ympärillä - nyt tilassa, joka on mahdollisesti hyvin samanlainen kuin valmistavan aurinkokunnan järjestelmämme, noin 4500 miljoona vuotta sitten.
Raportoidaan tämän viikon Science-lehden Nature -lehdessä, ja vertaansa vailla olevan, terävän ja läpäisevän näkökulman ansiosta interferometriasta he osoittavat, että kaikissa kolmessa oikeat aineosat ovat oikeassa paikassa aloittamaan kivisten planeettojen muodostuminen näillä tähtiin.
”Hiekka” tähtilevyjen sisäosissa
Aurinko syntyi noin 4500 miljoonaa vuotta sitten kylmästä ja massiivisesta tähteiden välisestä kaasu- ja pölypilvestä, joka romahti oman painovoimansa alla. Nuoren tähden ympärillä oli pölylevy, johon myöhemmin muodostui maa ja muut planeetat, samoin kuin komeetat ja asteroidit.
Tämä aikakausi on kauan sitten mennyt, mutta voimme silti nähdä saman prosessin tarkkailemalla hyvin nuorten tähtien infrapunasäteilyä ja niiden ympärillä olevia pölyisiä protoplanetaarisia levyjä. Toistaiseksi käytettävissä olevat välineet eivät kuitenkaan olleet mahdollistaneet tutkimusta pölyn eri komponenttien jakautumisesta sellaisiin levyihin; jopa lähimmät tunnetut ovat liian kaukana parhaiden yksittäisten teleskooppien ratkaisemiseksi. Mutta nyt, kuten VLT-interferometrin projektitutkija ja ESOn ryhmän jäsen Francesco Paresce selittää: ”VLTI: n avulla voimme yhdistää kahden hyvin erotetun suuren teleskoopin valon ennennäkemättömän kulmaresoluution aikaansaamiseksi. Tämän ansiosta olemme voineet ensimmäistä kertaa käydä vertaamaan suoraan levyjen sisimpiä alueita joidenkin lähellä olevien nuorten tähtien ympärille, suoraan sinne, missä odotamme maapallomme kaltaisten planeettojen muodostuvan tai pian muodostuvan ”.
Erityisesti kansainvälisen ryhmän [2] suorittamat kolmen nuoren tähden uudet interferometriset havainnot, jotka käyttävät kahden 8,2 m: n VLT-kaukoputken yhdistettyä voimaa sadan metrin päässä toisistaan, ovat saavuttaneet riittävän kuvan terävyyden (noin 0,02 kaarisekuntia) infrapuna-säteilyn mittaamiseksi kiekkojen sisäalue kolmen tähden ympärillä (vastaten suunnilleen maapallon kiertoradan kokoa auringon ympärillä) ja näiden levyjen ulkopuolelta tuleva säteily. Vastaavat infrapunaspektrit ovat tarjonneet tärkeätä tietoa kiekkojen pölyn kemiallisesta koostumuksesta ja myös keskimääräisestä raekokosta.
Nämä polkupyörän havainnot osoittavat, että kiekkojen sisäosassa on erittäin runsaasti kiteisiä silikaattijyviä (”hiekkaa”), joiden keskimääräinen halkaisija on noin 0,001 mm. Ne muodostuvat hyytymällä paljon pienempiä, amorfisia pölyjyviä, jotka olivat läsnä tähtienvälisessä pilvessä, joka synnytti tähdet ja niiden levyt.
Mallilaskelmat osoittavat, että kiteisten jyvien tulisi olla runsaasti läsnä kiekon sisäosassa maan muodostuessa. Itse asiassa omassa aurinkokunnassamme olevat meteoriitit koostuvat pääosin tällaisesta silikaatista.
Hollannin tähtitieteilijä Rens Waters, Amsterdamin yliopiston tähtitieteellisen instituutin ryhmän jäsen, on innostunut: ”Kun kaikki aineosat ovat paikoillaan ja suurempien jyvien muodostuminen pölystä on jo alkanut, isojen ja isompien kivi- ja lopulta näiden levyjen maapallomaiset planeetat ovat melkein väistämättömiä! "
Jyvien muuttaminen
Jo jonkin aikaa on ollut tiedossa, että suurin osa vastasyntyneiden tähtiä ympäröivien levyjen pölystä koostuu silikaateista. Syntymäpilvessä tämä pöly on amorfista, ts. Pölyjyvän muodostavat atomit ja molekyylit on koottu kaoottisella tavalla, ja jyvät ovat pörröisiä ja hyvin pieniä, tyypillisesti noin 0,0001 mm. Kuitenkin lähellä nuorta tähteä, jossa lämpötila ja tiheys ovat korkeimmat, ympyrälaattaisen levyn pölyhiukkasilla on taipumus tarttua yhteen niin, että jyvät kasvavat suuremmiksi. Lisäksi pöly kuumenee tähtisäteilyllä ja tämä aiheuttaa jyvien molekyylien järjestäytymisen uudelleen geometrisissä (kiteisissä) kuvioissa.
Täten tähtiä lähinnä olevien levyalueiden pöly muuttuu pian ”koskemattomista” (pienet ja amorfiset) “käsitellyiksi” (suuremmiksi ja kiteisiksi) jyväksi.
Silikaattirakeiden spektrihavainnot keski-infrapuna-aallonpituusalueella (noin 10 um) ilmoittavat, ovatko ne "koskemattomia" vai "prosessoituja". Aikaisemmat nuorten tähtiä ympäröivien levyjen havainnot ovat osoittaneet, että koskematon koskematon ja käsitelty materiaali on läsnä, mutta toistaiseksi oli mahdotonta sanoa, missä eri jyvät asettuvat levylle.
Kulmaresoluution sata kertaa lisääntymisen kanssa VLTI: n ja erittäin herkän MIDI-instrumentin ansiosta, protoplanetaalisten levyjen eri alueiden yksityiskohtaiset infrapunaspektrit osoittavat nyt, että kolmen vastasyntyneen tähden, vain muutaman miljoonan vuoden ikäiset, ympärillä oleva pöly on lähellä tähti on prosessoitu paljon enemmän kuin pöly ulkolevyn alueilla. Kahdessa tähdessä (HD 144432 ja HD 163296) sisälevyn pöly on melko käsitelty, kun taas ulkolevyn pöly on melkein koskematon. Kolmannessa tähdessä (HD 142527) pöly käsitellään koko levyllä. Tämän levyn keskialueella se on erittäin prosessoitu, täysin yhdenmukainen kiteisen pölyn kanssa.
Tärkeä johtopäätös VLTI-havainnoista on siksi, että maapallon kaltaisten planeettojen rakennuspalikat ovat läsnä ympäri tähtien levyissä alusta alkaen. Tällä on suuri merkitys, koska se osoittaa, että maanpäälliset (kallioiset) planeetat, kuten Maa, ovat todennäköisesti melko yleisiä planeettajärjestelmissä, myös aurinkokunnan ulkopuolella.
Koskematon komeettoja
Nämä havainnot vaikuttavat myös komeettojen tutkimukseen. Jotkut - ehkä kaikki - aurinkokunnan komeetat sisältävät sekä koskematonta (amorfista) että prosessoitua (kiteistä) pölyä. Komeettoja muodostettiin ehdottomasti suurilla etäisyyksillä auringosta, aurinkojärjestelmän ulkoalueille, joilla se on aina ollut erittäin kylmä. Siksi ei ole selvää, kuinka jalostetut pölyjyvät voivat päästä komeetoihin.
Yhdessä teoriassa prosessoitu pöly kuljetetaan ulospäin nuoresta auringosta turbulenssin avulla melko tiheässä ympyräpohjaisessa kiekossa. Muut teoriat väittävät, että komeettojen käsitelty pöly syntyi paikallisesti kylmillä alueilla huomattavasti pidemmän ajanjakson ajan, ehkä iskuaallon tai levyn salamapultin tai suurten fragmenttien välisten usein tapahtuvien törmäysten takia.
Nykyinen tähtitieteilijäryhmä päättelee nyt, että ensimmäinen teoria on todennäköisin selitys jalostetun pölyn esiintymiselle komeetoissa. Tämä merkitsee myös sitä, että pitkäaikaiset komeetat, jotka toisinaan vierailevat meillä aurinkokunnan ulkopuolella, ovat todella koskemattomia ruokia, jotka ovat peräisin ajasta, jolloin maapalloa ja muita planeettoja ei ollut vielä muodostettu.
Tällaisten komeettien tutkimukset, etenkin in situ suoritettuna, antavat siksi suoran pääsyn alkuperäiseen materiaaliin, josta aurinkokunta muodostettiin.
Lisää tietoa
Tässä ESO PR: ssä raportoidut tulokset esitetään yksityiskohtaisemmin Roy van Boekelin ja yhteistyökumppaneiden tutkimusasiakirjassa ”Planeetat rakennuspalikoilla protoplanetaaristen levyjen” maanpäällisellä alueella ”(Nature, 25. marraskuuta 2004). Havainnot tehtiin ESOn varhaisen tieteen esittelyohjelman aikana.
Huomautuksia
[1]: Tämä ESO: n lehdistötiedote julkaistaan yhteistyössä Amsterdamin yliopiston tähtitieteellisen instituutin (NOVA PR) ja Max-Planck-Institut f? R Astronomien (Heidelberg, Saksa (MPG PR)) kanssa.
[2]: Joukkue koostuu Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik ja Alex de Koter (tähtitieteellinen instituutti, Amsterdamin yliopisto, Alankomaat), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler ja Frank Przygodda (Max-Planck -instituutti Astronomie, Heidelberg, Saksa), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Schler ja Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe ja Jeroen de Jong (Leidenin observatorio) , Alankomaat), Anne Dutrey ja Fabien Malbet (Bordeauxin observatorio, Ranska), Bruno Lopez (Cote d'Azurin observatorio, Nizza, Ranska), Guy Perrin (LESIA, Pariisin observatorio, Ranska) ja Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut Radioastronomie, Bonn, Saksa).
[3]: MIDI-instrumentti on Saksan, Hollannin ja Ranskan instituutioiden yhteistyön tulosta. Katso ESO PR 17/03 ja ESO PR 25/02 lisätietoja.
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
