"Ooompah, loompah, roopity roest ... ALMA vindt kometen verstopt in stof." Volgens veel onderzoeken van de afgelopen jaren zijn astronomen zich ervan bewust dat planeten overal rond sterren lijken te zijn. Dankzij één lieve telescoop, de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), heeft de wetenschap een grote stap voorwaarts gezet in het begrijpen hoe minuscule stofkorrels in een protoplanetaire schijf op een dag kunnen evolueren naar een groter formaat.
Iets minder dan 400 lichtjaar verwijderd van de aarde bevindt zich een jeugdig zonnestelsel dat gecatalogiseerd is als Oph IRS 48. In afbeeldingen van de buitenste omtrek hebben astronomen een essentiële aanwijzing opgepikt in de kolkende stofmassa's - een halvemaanvormig gebied dat een " stofvanger ”. Onderzoekers zijn van mening dat dit gebied een beschermende cocon kan zijn waardoor rotsformaties vorm kunnen krijgen. Waarom is zo'n regio belangrijk? Het is de smash-factor. Wanneer astronomen proberen stof te modelleren tot rotsformaties, hebben ze ontdekt dat de deeltjes zichzelf vernietigen ... ofwel door tegen elkaar aan te botsen, ofwel door de centrale ster te worden getrokken. Om voorbij een bepaalde grootte te komen, moeten ze gewoon een beschermingsgebied hebben om te kunnen groeien.
"Er is een grote hindernis in de lange reeks gebeurtenissen die leidt van kleine stofdeeltjes tot objecten van planeetformaat", zegt Til Birnstiel, een onderzoeker bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, en co-auteur van de paper gepubliceerd in het tijdschrift Science. “In computermodellen van planeetvorming moeten stofkorrels in slechts een paar miljoen jaar groeien van submicronafmetingen tot objecten tot tien keer de massa van de aarde. Maar zodra deeltjes groter genoeg worden, beginnen ze sneller te worden en botsen ze, sturen ze terug naar het begin of drijven ze langzaam naar binnen, waardoor verdere groei wordt belemmerd. ”
Dus waar kan een pasgeboren planeet, komeet of asteroïde zich verstoppen? Nienke van der Marel, een PhD-student bij de Sterrewacht Leiden in Nederland, en hoofdauteur van het artikel, gebruikte ALMA samen met haar collega's om Oph IRS 48 onder de loep te nemen en ontdekte een torus van gas met een centrale gat. Deze afwezigheid van stofdeeltjes was heel anders dan eerdere resultaten die werden opgepikt op ESO's Very Large Telescope.
"In eerste instantie kwam de vorm van het stof in de afbeelding als een complete verrassing voor ons", zegt van der Marel. “In plaats van de ring die we verwacht hadden te zien, vonden we een heel duidelijke cashewnootvorm! We moesten onszelf ervan overtuigen dat deze functie echt was, maar het sterke signaal en de scherpte van de ALMA-waarnemingen lieten geen twijfel bestaan over de structuur. Toen beseften we wat we hadden gevonden. '
Een verrassing? Zeker weten. Wat het team aan het licht bracht, was een regio waar grote stofkorrels gevangen bleven en massa konden blijven winnen naarmate meer en meer korrels botsten en samenvloeiden. Hier was de 'stofval' die theoretici voorspelden.
Speler laden…
Dus wat maakt het uit? Om de stofkorrels bij elkaar te houden en te vormen, is een vortex nodig - een gebied met hoge druk om ze te beschermen. Om deze draaikolk te vormen, moet er een groot object aanwezig zijn, een begeleidende ster of een gasreus. Als een boot die door met algen gevuld water sluist, zou het secundaire object in de planetaire schijf in zijn kielzog een pad vrijmaken en de kritieke wervelingen en wervelingen produceren die nodig zijn om de stofvanger te vormen. Terwijl eerdere studies van Oph IRS 48 een stijve ring van koolmonoxidegas in combinatie met stof aan het licht brachten, werd er geen 'val' waargenomen. Dat betekent echter niet dat de waarneming negatief was. Astronomen ontdekten ook een opening tussen de binnenste en buitenste delen van het zonnestelsel - een aanwijzing voor de aanwezigheid van het benodigde grote lichaam.
De voorwaarden waren geschikt voor een mogelijke stofval. Voer ALMA in. Nu konden de onderzoekers tegelijkertijd zowel het gas als de grotere stofkorrels zien. Deze nieuwe waarnemingen leidden tot een ontdekking die nog geen enkele andere telescoop had onthuld ... een scheve uitstulping in het buitenste deel van de schijf.
Van der Marel legt uit: "Het is waarschijnlijk dat we naar een soort komeetfabriek kijken, aangezien de omstandigheden geschikt zijn om de deeltjes te laten groeien van millimeter tot komeetgrootte. Het is niet waarschijnlijk dat het stof op deze afstand van de ster grote planeten vormt. Maar in de nabije toekomst zal ALMA stofvallen kunnen waarnemen dichter bij hun moedersterren, waar dezelfde mechanismen aan het werk zijn. Dergelijke stofvangers zouden echt de bakermat zijn voor pasgeboren planeten. ”
Naarmate grotere deeltjes naar de gebieden met hogere druk migreren, krijgt de stofvanger vorm. Om hun bevindingen te valideren, gebruikten de onderzoekers computermodellering om aan te tonen dat er een hogedrukgebied zou kunnen ontstaan door de beweging van het gas aan de openingsranden. Het komt overeen met de waarneming van de Oph IRS 48-schijf.
"De combinatie van modelleerwerk en hoogwaardige observaties van ALMA maakt dit een uniek project", zegt Cornelis Dullemond van het Instituut voor Theoretische Astrofysica in Heidelberg, Duitsland, die een expert is in stofevolutie en schijfmodellering, en een lid van het team . "Rond de tijd dat deze waarnemingen werden verkregen, werkten we aan modellen die precies dit soort structuren voorspelden: een heel toevallig toeval."
"Deze structuur die we bij ALMA zien, kan worden verkleind om weer te geven wat er kan gebeuren in het innerlijke zonnestelsel waar zich meer aardachtige rotsachtige planeten zouden vormen", zei Birnstiel. "In het geval van deze waarnemingen zien we misschien iets analoogs aan de vorming van onze Zonnekuipergordel of Oortwolk, het gebied van ons zonnestelsel waar wordt aangenomen dat kometen ontstaan."
Net als die droomfabriek van onze jeugd, is ALMA nog steeds in aanbouw. Deze unieke waarnemingen zijn gedaan met de ALMA Band 9-ontvangers - in Europa gemaakte instrumenten waarmee ALMA tot nu toe de scherpste en meest gedetailleerde beelden kan leveren.
"Deze observaties tonen aan dat ALMA in staat is om transformationele wetenschap te leveren, zelfs met minder dan de helft van de volledige reeks in gebruik", zegt Ewine van Dishoeck van de Sterrewacht Leiden, die al meer dan 20 jaar een belangrijke bijdrage levert aan het ALMA-project . "De ongelooflijke sprong in zowel gevoeligheid als beeldscherpte in Band 9 geeft ons de mogelijkheid om basisaspecten van planeetvorming te bestuderen op manieren die voorheen niet mogelijk waren."
Oorspronkelijke verhaalbron: ESO-persbericht. Voor meer informatie: NRAO News Release.
