"Ooompah, Loompah, Roopity-Rost ... ALMA findet Kometen, die sich im Staub verstecken." Laut vielen Studien der letzten Jahre sind sich Astronomen bewusst, dass Planeten überall um Sterne herum zu sein scheinen. Dank eines süßen Teleskops, dem Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), hat die Wissenschaft einen großen Schritt nach vorne gemacht, um zu verstehen, wie sich winzige Staubkörner in einer protoplanetaren Scheibe eines Tages zu einem größeren Format entwickeln können.
Etwas weniger als 400 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet sich ein jugendliches Sonnensystem, das als Oph IRS 48 katalogisiert ist. In Bildern, die von seinem Außenumfang aufgenommen wurden, haben Astronomen einen wichtigen Hinweis in ihren wirbelnden Staubmassen gefunden - eine sichelförmige Region, die als „ Staubfalle “. Forscher glauben, dass dieses Gebiet ein schützender Kokon sein könnte, der es Felsformationen ermöglicht, Gestalt anzunehmen. Warum ist eine solche Region wichtig? Es ist der Smash-Faktor. Wenn Astronomen versuchen, Staub in felsigen Formationen zu modellieren, haben sie festgestellt, dass sich die Teilchen selbst zerstören… entweder indem sie ineinander stoßen oder in den Zentralstern gezogen werden. Damit sie eine bestimmte Größe überschreiten können, müssen sie lediglich einen Schutzbereich haben, damit sie wachsen können.
"Es gibt eine große Hürde in der langen Kette von Ereignissen, die von winzigen Staubkörnern zu Objekten in Planetengröße führt", sagte Til Birnstiel, Forscher am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts, und Co-Autor von das Papier in der Zeitschrift Science veröffentlicht. „In Computermodellen der Planetenbildung müssen Staubkörner in nur wenigen Millionen Jahren von Submikrongrößen zu Objekten bis zur zehnfachen Masse der Erde wachsen. Sobald die Partikel jedoch größer genug werden, nehmen sie an Geschwindigkeit zu und kollidieren entweder, senden sie zurück auf das erste Quadrat oder driften langsam nach innen, um weiteres Wachstum zu verhindern. “
Wo kann sich also ein neugeborener Planet, Komet oder Asteroid verstecken? Nienke van der Marel, Doktorandin am Leidener Observatorium in den Niederlanden und Hauptautorin des Artikels, nutzte ALMA zusammen mit ihren Mitarbeitern, um sich Oph IRS 48 genauer anzusehen, und entdeckte einen Gas-Torus mit einer zentralen Stelle Loch. Diese Abwesenheit von Staubpartikeln unterschied sich stark von früheren Ergebnissen, die mit dem Very Large Telescope von ESO erzielt wurden.
„Die Form des Staubes im Bild hat uns zunächst völlig überrascht“, sagt van der Marel. „Anstelle des erwarteten Rings fanden wir eine sehr klare Cashewnussform! Wir mussten uns davon überzeugen, dass dieses Merkmal real war, aber das starke Signal und die Schärfe der ALMA-Beobachtungen ließen keinen Zweifel an der Struktur. Dann wurde uns klar, was wir gefunden hatten. “
Eine Überraschung? Sie wetten. Was das Team entdeckte, war eine Region, in der große Staubkörner gefangen blieben und weiter an Masse gewinnen konnten, da immer mehr Körner kollidierten und miteinander verschmolzen. Hier war die "Staubfalle", die Theoretiker vorausgesagt hatten.
Spieler wird geladen…
Also, was macht es aus? Um die Staubkörner zusammenzuhalten und zu formen, ist ein Wirbel erforderlich - ein Bereich mit hohem Druck, um sie zu schützen. Um diesen Wirbel zu bilden, muss ein großes Objekt vorhanden sein, entweder ein Begleitstern oder ein Gasriese. Wie ein Boot, das durch mit Algen gefüllte Gewässer schleudert, würde das sekundäre Objekt in der Planetenscheibe einen Weg frei machen und die kritischen Wirbel und Wirbel erzeugen, die zur Herstellung der Staubfalle erforderlich sind. Während frühere Studien von Oph IRS 48 einen starren Ring aus Kohlenmonoxidgas in Kombination mit Staub aufdeckten, wurde keine „Falle“ beobachtet. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Beobachtung negativ war. Astronomen entdeckten auch eine Lücke zwischen dem inneren und dem äußeren Teil des Sonnensystems - ein Hinweis auf das Vorhandensein des notwendigen großen Körpers.
Die Bedingungen für eine mögliche Staubfalle waren richtig. Geben Sie ALMA ein. Jetzt konnten die Forscher sowohl das Gas als auch größere Staubkörner gleichzeitig sehen. Diese neuen Beobachtungen führten zu einer Entdeckung, die noch kein anderes Teleskop enthüllt hatte… eine einseitige Ausbuchtung im äußeren Teil der Scheibe.
Van der Marel erklärt: „Es ist wahrscheinlich, dass wir uns eine Art Kometenfabrik ansehen, da die Bedingungen für das Wachstum der Partikel von Millimeter zu Kometengröße richtig sind. Es ist unwahrscheinlich, dass der Staub in dieser Entfernung vom Stern Planeten in voller Größe bildet. In naher Zukunft wird ALMA jedoch in der Lage sein, Staubfallen näher an ihren Elternsternen zu beobachten, bei denen dieselben Mechanismen wirksam sind. Solche Staubfallen wären wirklich die Wiegen für neugeborene Planeten. “
Wenn größere Partikel in Bereiche mit höherem Druck wandern, nimmt die Staubfalle Gestalt an. Um ihre Ergebnisse zu validieren, verwendeten die Forscher Computermodelle, um zu zeigen, dass durch die Bewegung des Gases an den Öffnungskanten ein Hochdruckbereich entstehen kann. Es stimmt mit der Beobachtung der Oph IRS 48-Scheibe überein.
„Die Kombination aus Modellierungsarbeit und hochwertigen Beobachtungen von ALMA macht dieses Projekt zu einem einzigartigen Projekt“, sagt Cornelis Dullemond vom Institut für Theoretische Astrophysik in Heidelberg, einem Experten für Staubentwicklung und Scheibenmodellierung, und Mitglied des Teams . "Ungefähr zu der Zeit, als diese Beobachtungen erhalten wurden, arbeiteten wir an Modellen, die genau diese Art von Strukturen vorhersagen: ein sehr glücklicher Zufall."
"Diese Struktur, die wir bei ALMA sehen, könnte verkleinert werden, um darzustellen, was im inneren Sonnensystem geschehen könnte, wo sich erdähnlichere felsige Planeten bilden würden", sagte Birnstiel. "Bei diesen Beobachtungen sehen wir jedoch möglicherweise etwas Analoges zur Bildung des Kuipergürtels oder der Oort-Wolke unserer Sonne, der Region unseres Sonnensystems, in der Kometen vermutlich ihren Ursprung haben."
Wie diese Traumfabrik unserer Kindheit befindet sich ALMA noch im Bau. Diese einzigartigen Beobachtungen wurden mit den ALMA Band 9-Empfängern gemacht - Instrumenten aus Europa, mit denen ALMA seine bisher schärfsten und detailliertesten Bilder liefern kann.
„Diese Beobachtungen zeigen, dass ALMA in der Lage ist, Transformationswissenschaften zu liefern, selbst wenn weniger als die Hälfte des gesamten Arrays genutzt wird“, sagt Ewine van Dishoeck vom Leidener Observatorium, der seit mehr als 20 Jahren einen wichtigen Beitrag zum ALMA-Projekt leistet . "Der unglaubliche Anstieg der Empfindlichkeit und Bildschärfe in Band 9 gibt uns die Möglichkeit, grundlegende Aspekte der Planetenbildung auf eine Weise zu untersuchen, die vorher einfach nicht möglich war."
Original-Story-Quelle: ESO-Pressemitteilung. Zur weiteren Lektüre: NRAO-Pressemitteilung.
