Voor de eerste keer, astronomen hebben kunnen turen in het hart van planeetvorming, het registreren van de temperatuur en de hoeveelheid gas die aanwezig is in de regio's die het meest productief zijn voor het maken van planeten.

Planeten vormen zich in uitlopende schijven van gas en stof - kleine deeltjes bestaande uit stof en ijs - die jonge sterren omringen. Specifieker, planeten vormen zich in het middenvlak van deze schijf, of het midden van de schijf, edge-on bekeken. Maar tot nu toe, astronomen hebben dit middenvlak niet kunnen waarnemen omdat de gassen in de schijf te ondoorzichtig waren.

"We hebben eerder schijven waargenomen tijdens het maken van planeten, maar onze waarnemingen waren slechts aan de oppervlakte, " zei Edwin Bergin, voorzitter van de afdeling astronomie van de U-M. "Toen we dichtheid afleidden, temperatuur en zwaartekracht - wat de fysica van de geboorte van een planeet is - we namen geen monsters van de regio waar planeten worden geboren."

In plaats daarvan, onderzoekers moesten vertrouwen op waarnemingen op het oppervlak van de schijf. Nutsvoorzieningen, Bergin en zijn team, waaronder postdoctoraal onderzoeker Ke Zhang, hebben een methode ontwikkeld waarmee ze in dat middenvlak kunnen kijken - in dit geval een schijf op ongeveer 180 lichtjaar afstand met een ster van ongeveer 0,8 keer de massa van onze eigen zon.

Om temperatuur en andere omstandigheden van planeetgeboorte te observeren, astronomen zouden moleculaire waterstof kunnen gebruiken, wat het meest voorkomende molecuul is in een planeet of stervormingsgebied. Maar moleculaire waterstof stoot niet uit bij de koude temperaturen die gepaard gaan met planeetgeboorten. Dus de astronomen moeten zich concentreren op een ander molecuul dat naast moleculaire waterstof bestaat. Ze noemen dit andere molecuul een "tracermolecuul" - een proxy voor moleculaire waterstof. In deze krant, het team gebruikt een zeldzame vorm van koolmonoxide als tracermolecuul.

Hun bevindingen tonen aan dat het licht met een golflengte van een millimeter dat van nature door deze zeldzame vorm van koolmonoxide wordt uitgestraald, duidelijk het middenvlak volgt, wat voor het eerst de vorming van planeten aan onze telescopen onthult. In dit geval, de waarnemingen van de astronomen waren gebaseerd op de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, een internationale astronomiefaciliteit in Chili die de radiogolflengten meet die worden uitgezonden door moleculen in deze verre schijven.

Op basis van de verdeling van dit koolmonoxide, de astronomen konden berekenen hoeveel massa er beschikbaar is op het planeetvormende middenvlak. Door een andere zeldzame vorm van koolmonoxide te gebruiken, de onderzoekers maten ook de temperatuur van de regio op basis van hoe helder het molecuul gloeide.

"Als je de vorming van ons zonnestelsel wilt begrijpen en waarom er zoveel verschillende exoplaneetsystemen zijn, we moeten het middenvlak begrijpen, "Zei Zhang. "Dat is het vliegtuig waar je de meeste massa hebt geconcentreerd - daar gebeurt de magie."

Een andere belangrijke bevinding van het artikel is de eerste directe meting van wat de koolmonoxide-sneeuwlijn wordt genoemd. Deze sneeuwgrens is de straal waarbij koolmonoxide in het middenvlak bevriest. Buiten deze straal, de hitte van de ster kan koolmonoxide niet langer als damp in het middenvlak vasthouden en koolmonoxide bevriest als ijs op het oppervlak van stofkorrels.

Het direct kunnen observeren van de sneeuwgrens in het middenvlak is ook belangrijk voor het begrijpen van de omstandigheden waaronder planeten ontstaan, zegt Zhang. Koolmonoxide kan een vergelijkbare rol spelen als water bij de vorming van ons eigen zonnestelsel.

"Water, zodra het condenseert, voegt veel vaste massa toe aan het bouwen van een planeetkern, "Zei Zhang. "Water maakt die vaste stoffen plakkeriger, zodat ze sneller kunnen groeien. Astronomen vermoeden dat de koolmonoxide-sneeuwgrens een vergelijkbare impact heeft als de water-sneeuwgrens."

De onderzoekers hopen vervolgens hun waarnemingen van de sneeuwgrens van deze schijf te gebruiken om theorieën te testen over hoe sneeuwlijnen de vorming van planeten in andere schijven vergemakkelijken.

"Met de mogelijkheden van de Atacama Array en deze nieuwe techniek, astronomen kunnen eindelijk planeetvorming in actie volgen, "Zei Bergin. "Dit is cruciale informatie die nodig is om theorieën over planetaire geboorte te bevestigen, en onze massale boekhouding suggereert dat de planeetvorming is begonnen en dat deze schijf goed op weg is om nieuwe planeten te maken."