science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Het stof en gas in protoplanetaire schijven

Een valse kleur, submillimetergolflengteafbeelding van de protoplanetaire schijf rond de ster IM Lup met dubbele ringen van gas en stof. Astronomen hebben voor het eerst de verticale hoogten van zowel de stof- als gascomponenten in dit en twee andere protostellaire systemen bepaald met behulp van datasets met meerdere golflengten, vinden dat ze op grote afstanden van de ster soms, maar niet altijd hetzelfde affakkelprofiel hebben. Krediet:K. Oberg, CfA, et al.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Planeten vormen zich terwijl de stofkorrels in een protoplanetaire schijf uitgroeien tot kiezelstenen en uiteindelijk tot planeten. Omdat kleine stofkorrels interageren met gas (via de weerstand die het geeft), het gas in protoplanetaire schijven beïnvloedt de verspreiding van kleine korrels en daarmee de groei van planeten. Astronomen die proberen te ontrafelen hoe stof-gas-interacties de ontwikkeling van planeten beïnvloeden, zijn vooral geïnteresseerd in het bestuderen van de schijfdikte (de "verticale hoogte") versus de afstand tot de ster; de schijf flakkert naar buiten in de meeste gevallen waar de centrale ster de massa van het systeem domineert. Door onafhankelijk de hoogte van het gas en de kleine stofkorrels te meten, astronomen kunnen fundamentele schijfkenmerken bestuderen, zoals de gas-stofmassaverhouding en turbulentie in de schijf.

CfA-astronomen Richard Teague en David Wilner en een team van collega's hebben de eerste directe vergelijking van verticale hoogten van gas en stof voltooid. Ze modelleerden archiefwaarnemingen op meerdere golflengten van ALMA, Hubble, en Gemini in drie planetaire schijven die bijzonder geschikt zijn voor dergelijke metingen:de systemen neigen matig naar de gezichtslijn om enig 3D-perspectief te bieden, ze hebben genoeg koolmonoxidegas en stof om deze componenten te meten, en de schijven vertonen verschillende ringen. De ringen verstrooien het licht en zijn nodig voor de schatting van de kleine verticale korrelhoogten (de oorsprong van de ringen is onzeker, mogelijk uitgehouwen door planeten of door een temperatuurovergang die ijs produceert).

De astronomen ontdekken dat in twee stelsels het gas en stof naar afstanden van de ster van ongeveer honderd astronomische eenheden op dezelfde structuur zijn geplaatst, maar verder weg hebben de stofkorrels een kleinere verticale hoogte dan het CO-gas. In het derde systeem hebben de twee componenten op alle afstanden dezelfde vorm. De wetenschappers beweren dat een gas-tot-stof massaverhouding groter dan 100 (de typische waarde voor het interstellaire medium) het gedrag van de eerste twee zou kunnen verklaren. Het team concludeert ook dat de verticale hoogten van gas en stof niet alleen functies zijn van de massa, leeftijd, of spectraaltype van de ster, maar in toekomstig werk hopen ze de afhankelijkheden te verduidelijken.

De wetenschappers waarschuwen dat het met slechts drie voorbeelden voorbarig is om hun conclusies te generaliseren. Ze merken ook op dat de mechanismen voor het produceren van de ringen onzeker zijn en dat er mogelijk een niet-geïdentificeerd selectie-effect in deze systemen is geweest. Bijvoorbeeld, deze schijven zijn relatief groot, en kleiner, meer typische zouden zich anders kunnen gedragen. niet in de laatste plaats, de effecten van turbulentie en stofbezinking blijven onzeker. Deze eerste resultaten, echter, de haalbaarheid van de technieken aantonen. Aanvullende waarnemingen en modellering moeten in staat zijn om de schijven van andere systemen te karakteriseren en meer details van het planeetvormingsproces te traceren.