ALMA måler størrelsen af ​​frø af planeter

Forskere, der bruger Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), har for første gang, opnået en præcis størrelsesmåling af små støvpartikler omkring en ung stjerne gennem radiobølgepolarisering. ALMAs høje følsomhed til at detektere polariserede radiobølger muliggjorde dette vigtige skridt i at spore dannelsen af ​​planeter omkring unge stjerner.

Astronomer har troet, at planeter er dannet af gas- og støvpartikler, selvom detaljerne i processen er blevet tilsløret. En af de store gåder er, hvordan støvpartikler så små som 1 mikrometer samles for at danne en stenet planet med en diameter på 10 tusinde kilometer. Vanskeligheder med at måle størrelsen af ​​støvpartikler har forhindret astronomer i at spore støvvækstprocessen.

Akimasa Kataoka, en Humboldt Research Fellow udstationeret ved Heidelberg University og National Astronomical Observatory of Japan, tacklede dette problem. Han og hans samarbejdspartnere har teoretisk forudsagt, at omkring en ung stjerne bør radiobølger spredt af støvpartiklerne bære unikke polarisationstræk. Han bemærkede også, at intensiteten af ​​polariserede emissioner giver os mulighed for at vurdere størrelsen af ​​støvpartikler langt bedre end andre metoder.

For at teste deres forudsigelse, holdet ledet af Kataoka observerede den unge stjerne HD 142527 med ALMA (note 1) og opdagede, for første gang, det unikke polarisationsmønster i støvskiven omkring stjernen. Som forudsagt, polarisationen har en radial retning i de fleste dele af disken, men ved kanten af ​​disken, retningen vendes vinkelret på den radiale retning.

Sammenligning af den observerede intensitet af de polariserede emissioner med den teoretiske forudsigelse, de fastslog, at størrelsen af ​​støvpartiklerne højst er 150 mikrometer. Dette er den første vurdering af støvstørrelsen baseret på polarisering. Overraskende nok, denne anslåede størrelse er mere end 10 gange mindre end tidligere antaget.

"I de tidligere undersøgelser, astronomer har estimeret størrelsen baseret på radioemissioner under forudsætning af hypotetiske sfæriske støvpartikler, " forklarer Kataoka. "I vores undersøgelse, vi observerede de spredte radiobølger gennem polarisering, som bærer uafhængig information fra den termiske støvemission. Så stor en forskel i den estimerede størrelse af støvpartikler indebærer, at den tidligere antagelse kan være forkert."

Holdets idé til at løse denne inkonsekvens er at overveje fluffy, kompleksformede støvpartikler, ikke simpelt sfærisk støv (note 2.). I den makroskopiske visning, sådanne partikler er virkelig store, men i det mikroskopiske syn, hver lille del af en stor støvpartikel spreder radiobølger og producerer unikke polarisationsfunktioner. Ifølge nærværende undersøgelse, astronomer opnår disse "mikroskopiske" egenskaber gennem polarisationsobservationer. Denne idé kan få astronomer til at genoverveje den tidligere fortolkning af observationsdata.

"Polarisationsfraktionen af ​​radiobølger fra støvskiven omkring HD 142527 er kun et par procent. Takket være ALMAs høje følsomhed, vi har opdaget et så lille signal til at udlede information om størrelsen og formen af ​​støvpartiklerne, " sagde Kataoka. "Dette er det allerførste skridt i forskningen om støvudvikling med polarimetri, og jeg tror på, at de fremtidige fremskridt vil være fuld af spænding."