Onderzoekers die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruiken, voor het eerst hebben, bereikte een nauwkeurige meting van de grootte van kleine stofdeeltjes rond een jonge ster door middel van radiogolfpolarisatie. ALMA's hoge gevoeligheid voor het detecteren van gepolariseerde radiogolven maakte deze belangrijke stap in het traceren van de vorming van planeten rond jonge sterren mogelijk.

Astronomen hebben geloofd dat planeten worden gevormd uit gas- en stofdeeltjes, hoewel de details van het proces zijn versluierd. Een van de grootste raadsels is hoe stofdeeltjes zo klein als 1 micrometer samenklonteren tot een rotsachtige planeet met een diameter van 10.000 kilometer. Moeilijkheden bij het meten van de grootte van stofdeeltjes hebben astronomen verhinderd het proces van stofgroei te volgen.

Akimasa Kataoka, een Humboldt Research Fellow gestationeerd aan de Universiteit van Heidelberg en de National Astronomical Observatory of Japan, dit probleem aangepakt. Hij en zijn medewerkers hebben theoretisch voorspeld dat, rond een jonge ster zouden radiogolven die door de stofdeeltjes worden verspreid, unieke polarisatiekenmerken moeten hebben. Hij merkte ook op dat de intensiteit van gepolariseerde emissies ons in staat stelt de grootte van stofdeeltjes veel beter in te schatten dan met andere methoden.

Om hun voorspelling te testen, het team onder leiding van Kataoka observeerde de jonge ster HD 142527 met ALMA (noot 1) en ontdekte, Voor de eerste keer, het unieke polarisatiepatroon in de stofschijf rond de ster. Als voorspeld, de polarisatie heeft een radiale richting in de meeste delen van de schijf, maar aan de rand van de schijf, de richting wordt loodrecht op de radiale richting omgedraaid.

Door de waargenomen intensiteit van de gepolariseerde emissies te vergelijken met de theoretische voorspelling, ze stelden vast dat de grootte van de stofdeeltjes maximaal 150 micrometer is. Dit is de eerste schatting van de stofgrootte op basis van polarisatie. Verrassend genoeg, deze geschatte grootte is meer dan 10 keer kleiner dan eerder werd gedacht.

"In de vorige onderzoeken astronomen hebben de grootte geschat op basis van radio-emissies, uitgaande van hypothetische bolvormige stofdeeltjes, " legt Kataoka uit. "In onze studie, we observeerden de verstrooide radiogolven door polarisatie, die onafhankelijke informatie van de thermische stofemissie draagt. Zo'n groot verschil in de geschatte grootte van stofdeeltjes impliceert dat de eerdere veronderstelling verkeerd zou kunnen zijn."

Het idee van het team om deze inconsistentie op te lossen is om pluizige, complex gevormde stofdeeltjes, niet eenvoudig bolvormig stof (noot 2.). In de macroscopische weergave, zulke deeltjes zijn inderdaad groot, maar microscopisch gezien, elk klein deel van een groot stofdeeltje verstrooit radiogolven en produceert unieke polarisatiekenmerken. Volgens de huidige studie, astronomen verkrijgen deze "microscopische" kenmerken door polarisatiewaarnemingen. Dit idee kan astronomen ertoe aanzetten om de eerdere interpretatie van waarnemingsgegevens te heroverwegen.

"De polarisatiefractie van radiogolven van de stofschijf rond HD 142527 is slechts een paar procent. Dankzij de hoge gevoeligheid van ALMA, we hebben zo'n klein signaal gedetecteerd om informatie af te leiden over de grootte en vorm van de stofdeeltjes, " zei Kataoka. "Dit is de allereerste stap in het onderzoek naar stofevolutie met polarimetrie, en ik geloof dat de toekomstige vooruitgang vol opwinding zal zijn."