Massiv gasskive rejser spørgsmål om planetdannelsesteori

Astronomer, der brugte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) fandt en ung stjerne omgivet af en forbløffende masse gas. Stjernen, kaldet 49 Ceti, er 40 millioner år gammel, og konventionelle teorier om planetdannelse forudsiger, at gassen skulle være forsvundet i den alder. Den gådefulde mængde gas kræver en genovervejelse af vores nuværende forståelse af planetdannelse.

Planeter er dannet i gasformige støvede skiver kaldet protoplanetariske skiver omkring unge stjerner. Støvpartikler samler sig for at danne jordlignende planeter eller for at blive kernerne i mere massive planeter ved at opsamle store mængder gas fra skiven for at danne Jupiter-lignende gasformige kæmpeplaneter. Ifølge nuværende teorier, som tiden går, bliver gassen i skiven enten inkorporeret i planeter eller blæst væk af strålingstrykket fra den centrale stjerne. Til sidst, stjernen er omgivet af planeter og en skive af støvet affald. Denne støvede disk, kaldet en debris disk, indebærer, at planetdannelsesprocessen næsten er afsluttet.

Nylige fremskridt inden for radioteleskoper har givet en overraskelse på dette område. Astronomer har fundet ud af, at flere affaldsskiver stadig har en vis mængde gas. Hvis gassen forbliver længe i affaldsskiverne, planetariske frø kan have tid og materiale nok til at udvikle sig til gigantiske planeter som Jupiter. Derfor, gassen i en affaldsskive påvirker sammensætningen af ​​det resulterende planetsystem.

"Vi fandt atomisk kulgas i affaldsskiven omkring 49 Ceti ved at bruge mere end 100 timers observationer på ASTE-teleskopet, " siger Aya Higuchi, en astronom ved National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). ASTE er et radioteleskop med en diameter på 10 m i Chile, der drives af NAOJ. "Som en naturlig forlængelse, vi brugte ALMA til at få et mere detaljeret billede, og det gav os den anden overraskelse. Kulgassen omkring 49 Ceti viste sig at være 10 gange mere rigelig end vores tidligere skøn."

Takket være ALMAs høje opløsning, holdet afslørede den rumlige fordeling af kulstofatomer i en affaldsskive for første gang. Kulstofatomer er mere udbredt end kulilte, de næststørste molekyler omkring unge stjerner, brintmolekyler er de mest udbredte. Mængden af ​​kulstofatomer er så stor, at holdet endda opdagede svage radiobølger fra en sjældnere form for kulstof, 13C. Dette er den første detektering af 13C-emissionen ved 492 GHz i ethvert astronomisk objekt, som normalt er skjult bag emissionen af ​​normal 12C.

"Mængden af ​​13C er kun 1% af 12C, derfor var påvisningen af ​​13C i affaldsskiven fuldstændig uventet, " siger Higuchi. "Det er et klart bevis på, at 49 Ceti har en overraskende stor mængde gas."

Hvad er oprindelsen af ​​gassen? Forskere har foreslået to muligheder. Den ene er, at det er restgas, der overlevede spredningsprocessen i slutfasen af ​​planetdannelsen. Mængden af ​​gas omkring 49 Ceti er, imidlertid, sammenlignelig med dem omkring meget yngre stjerner i den aktive planetdannelsesfase. Der er ingen teoretiske modeller til at forklare, hvordan så meget gas kunne have varet ved så længe. Den anden mulighed er, at gassen blev frigivet ved kollisioner af små kroppe som kometer. Men antallet af kollisioner, der skal til for at forklare den store mængde gas omkring 49 Ceti, er for stort til at kunne rummes i de nuværende teorier. De nuværende ALMA-resultater foranlediger en genovervejelse af planetdannelsesmodellerne.