ALMA øjne iskolde ring omkring unge planetsystem

Et internationalt hold af astronomer, der bruger Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har lavet det første komplette millimeter-bølgelængdebillede af ringen af ​​støvet affald, der omgiver den unge stjerne Fomalhaut. Dette bemærkelsesværdigt veldefinerede bånd af murbrokker og gas er sandsynligvis resultatet af exokometer, der smadrer sammen nær de ydre kanter af et planetsystem 25 lysår fra Jorden.

Tidligere ALMA-observationer af Fomalhaut - taget i 2012, da teleskopet stadig var under konstruktion - afslørede kun omkring halvdelen af ​​affaldsskiven. Selvom dette første billede blot var en test af ALMAs oprindelige evner, det gav ikke desto mindre fristende hints om diskens natur og mulige oprindelse.

De nye ALMA-observationer giver et forbløffende komplet billede af dette glødende bånd af affald og antyder også, at der er kemiske ligheder mellem dets iskolde indhold og kometer i vores eget solsystem.

"ALMA har givet os dette svimlende klare billede af en fuldt dannet affaldsskive, " sagde Meredith MacGregor, en astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Masse., og hovedforfatter på et af to artikler, der er godkendt til offentliggørelse i Astrofysisk tidsskrift beskriver disse observationer. "Vi kan endelig se den veldefinerede form af disken, som kan fortælle os meget om det underliggende planetsystem, der er ansvarligt for dets meget karakteristiske udseende."

Fomalhaut er et relativt nærliggende stjernesystem og et af kun omkring 20, hvor planeter er blevet afbildet direkte. Hele systemet er cirka 440 millioner år gammelt, eller omkring en tiendedel af vores solsystems alder.

Som afsløret i det nye ALMA-billede, et strålende bånd af iskoldt støv omkring 2 milliarder kilometer bredt er dannet cirka 20 milliarder kilometer fra stjernen.

Affaldsskiver er almindelige træk omkring unge stjerner og repræsenterer en meget dynamisk og kaotisk periode i et solsystems historie. Astronomer mener, at de er dannet af de igangværende kollisioner af kometer og andre planetesimaler i de ydre rækker af et nyligt dannet planetsystem. De resterende affald fra disse kollisioner absorberer lys fra sin centrale stjerne og udstråler denne energi som en svag millimeter-bølgelængde glød, der kan studeres med ALMA.

Ved at bruge de nye ALMA-data og detaljerede computermodeller, forskerne var i stand til at beregne den præcise placering, bredde, og diskens geometri. Disse parametre bekræfter, at en så smal ring sandsynligvis produceres gennem gravitationspåvirkningen fra planeter i systemet, bemærkede MacGregor.

De nye ALMA-observationer er også de første, der definitivt viser "apocenter-glød, "et fænomen forudsagt i et papir fra 2016 af Margaret Pan, en videnskabsmand ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, som også er medforfatter på de nye ALMA-papirer. Som alle objekter med aflange baner, det støvede materiale i Fomalhaut-skiven bevæger sig langsommere, når det er længst væk fra stjernen. Når støvet bremses, det hober sig op, danner tættere koncentrationer i de fjernere dele af skiven. Disse tætte områder kan ses af ALMA som lysere millimeter-bølgelængdeemission.

Ved at bruge det samme ALMA-datasæt, men med fokus på distinkte millimeter-bølgelængde signaler, der naturligt udsendes af molekyler i rummet, forskerne opdagede også store lagre af kuliltegas på præcis samme sted som affaldsskiven.

"Disse data gjorde det muligt for os at bestemme, at den relative overflod af kulilte plus kuldioxid omkring Fomalhaut er omtrent den samme som findes i kometer i vores eget solsystem, " sagde Luca Matrà fra University of Cambridge, Storbritannien, og hovedforfatter på holdets andet papir. "Dette kemiske slægtskab kan indikere en lighed i kometdannelsesbetingelser mellem de ydre rækker af dette planetsystem og vores eget." Matrà og hans kolleger mener, at denne gas enten frigives fra kontinuerlige kometkollisioner eller resultatet af en enkelt, stor indvirkning mellem superkometer hundredvis af gange mere massiv end Hale-Bopp.

Tilstedeværelsen af ​​denne veldefinerede affaldsskive omkring Fomalhaut, sammen med dens mærkeligt velkendte kemi, kan indikere, at dette system gennemgår sin egen version af det sene tunge bombardement, en periode for cirka 4 milliarder år siden, hvor Jorden og andre planeter rutinemæssigt blev ramt af sværme af asteroider og kometer, der var tilbage fra dannelsen af ​​vores solsystem.

"For tyve år siden, de bedste millimeter-bølgelængde-teleskoper gav de første uklare kort over sandkorn, der kredsede om Fomalhaut. Nu med ALMAs fulde muligheder er hele ringen af ​​materiale blevet afbildet, " konkluderede Paul Kalas, en astronom ved University of California i Berkeley og hovedforsker på disse observationer. "En dag håber vi at opdage de planeter, der påvirker disse korns kredsløb."