Søger forklaringer på mystiske strukturer i protoplanetariske diske

I skiverne af støv og gasser omkring unge stjerner, mystiske strukturer opstår. Sammen med professor Ewine van Dishoeck, Ph.D. studerende Paolo Cazzoletti undersøge, hvordan vi kan forklare disse former, såsom ringe, spiraler og huller. Den 12. december, han vil forsvare sit speciale.

Siden opdagelsen af ​​den første exoplanet i 90'erne, mere end 4000 exoplaneter er blevet fundet. Planeter dannes i protoplanetariske skiver omkring unge stjerner. "Først, støvet klumper sig sammen til korn, der gradvist vokser til småstens størrelse og til sidst til klipper og planeter, " fortæller Cazzoletti. "Hvis de er store og tunge nok, de kan tiltrække gas fra skiven og i nogle tilfælde vokse til gasgiganter som Jupiter og Saturn."

Hestesko og bananer

I de første teleskopobservationer, protoplanetariske skiver virkede glatte og symmetriske. Men dette ændrede sig for omkring syv år siden. Ved at bruge Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) radioteleskop i Chile, astronomer var i stand til at observere skiverne mere detaljeret. "Disse observationer viste, at de ikke er symmetriske og glatte, " siger Cazzoletti. "Vi så strukturer og former, såsom huller, ringe og hestesko- og bananformede underkonstruktioner. Det var en overraskelse."

Den hyppigst nævnte forklaring på dette er tilstedeværelsen af ​​en eller flere planeter. Disse kan interagere med støvet og gassen i disken, skabe strukturerne. Men der blev fundet færre planeter end nødvendigt for at forklare alle støv- og gasstrukturerne. Cazzoletti:"Dette gør strukturerne mere mystiske. Vi var nødt til at lede efter andre forklaringer."

Støvhvirvler

I sin forskning i forklaringer på strukturerne, Cazzoletti bygger videre på sin kandidatafhandling. "Jeg har været interesseret i disse planetskiver i nogen tid nu, " siger han. "Og viden fra min kandidatforskning så ud til at passe godt ind i de to første kapitler af mit speciale."

For sin ph.d. han studerede, blandt andet, ALMA observationer af HD 135344B, en skive omkring en ung stjerne. Denne disk er ikke symmetrisk. På den sydlige side er en bananformet struktur. Det ligner en slags støvhvirvel. Desuden, små støvpartikler i det øverste lag af skiven danner spiralarme. Astronomer troede oprindeligt, at disse var forårsaget af tilstedeværelsen af ​​planeter i det ydre område af skiven. Men ingen planeter blev fundet. Cazzoletti beskriver i sit speciale, hvordan spiralarmene kan skabes af den asymmetriske støvhvirvel. Hvis det er tilfældet, kun én planet, tæt på stjernen, er nødvendig for at forklare resten af ​​den observerede struktur.

Huller eller ingen huller?

Ud over dette observationsarbejde, Cazzoletti udførte også teoretisk forskning for at forklare ringformede strukturer i gassen fra protoplanetariske skiver. Til dette formål, han fokuserede på cyanidmolekyler. "Der er to muligheder, hvorved vi ser disse ringformede gasstrukturer, " siger Cazzoletti. "Det kan være forårsaget af et ringformet hul i skiven.

Eller der er intet hul, men der ser kun ud til at være et hul på grund af cyanidmolekylernes kemi og måden, de udsender lys på." Ved at analysere teoretiske modeller, han opdagede, at de observerede ringformer ikke er relateret til formen på støvskiven. "De er hovedsageligt kemiske huller, fordi der er mindre cyanid i nærheden af ​​moderstjernen."

Mere viden om exoplaneter

Cazzolettis ph.d. forskning bidrager til en bedre forståelse af den måde, hvorpå strukturer skabes i protoplanetariske diske. Med denne viden, astronomer håber i fremtiden at finde ud af, hvordan strukturerne relaterer sig til dannelsen af ​​planeter og mangfoldigheden af ​​exoplanetariske systemer, der er blevet observeret i løbet af de sidste femogtyve år.

Cazzoletti selv fortsætter ikke denne forskning. Astronomer er meget efterspurgte som dataforskere i en lang række organisationer. Siden begyndelsen af ​​november, Cazzoletti har brugt sin viden om dataanalyse som dataforsker hos den italienske virksomhed Prometeia.