Snjór í ungu sólkerfi
Snælína markar myndunarsvæði reikistjarna og halastjarna
Sævar Helgi Bragason
18. júl. 2013
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn náð mynd af snælínu í efnisskífu í kringum unga stjörnu
Í fyrsta sinn hefur mynd náðst af snælínu í ungu og fjarlægu sólkerfi. Snælínan er í skífu í kringum stjörnuna TW Hydrae, sem líkist sólinni okkar, og mun hún veita okkur mikilvægar upplýsingar um myndun reikistjarna og halastjarna og þá þætti sem ákvarða efnasamsetningu þeirra, sem og upplýsingar um sögu okkar sólkerfis. Niðurstöðurnar eru birtar í dag í Science Express.
Stjörnufræðingar sem notuðu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), hafa náð fyrstu myndunum af snælínu í ungu sólkerfi. Á Jörðinni er snælína á hálendi þar sem fallandi hitastig breytir raka í loftinu í snjó. Snælína er oftast augljós í fjöllum þar sem efsti hluti fjallsins verður snæviþakinn á meðan fjallshlíðin fyrir neðan er auð.
Snælínur umhverfis ungar stjörnur verða til á samskonar hátt, í fjarlægum og köldum svæðum rykskífunnar sem sólkerfi varð til úr. Í vaxandi fjarlægð frá stjörnunni frýs vatn (H2O) fyrst og myndar fyrstu snælínuna. Lengra frá stjörnunni, þegar hitastigið hefur lækkað enn frekar, frjósa sameindir eins og koldíoxíð (CO2), metan (CH4) og kolmónoxíð (CO). Þessar frosnu sameindir leggjast sem hrímhjúpur á rykagnir og veitir þeim þann mikilvæga eiginleika að sundrast síður við árekstra. Það gerir rykinu kleift að verða að nauðsynlegum byggingareiningum reikistjarna og halastjarna. Snjórinn eykur líka magn fastra efna og getur hraðað myndunarferli reikistjarna töluvert.
Hver þessara mismunandi snælína — vatns, koldíoxíðs, metans og kolmónoxíðs — gæti tengst myndun tiltekinna tegunda reikistjarna [1]. Í kringum stjörnu sem líkist sólinni og í sólkerfi sem svipar til okkar sólkerfis, er snælína vatns nokkurn veginn á milli Mars og Júpíters en snælína kolmónoxíðs er við braut Neptúnusar.
Snælínan sem ALMA kom auga á, er snælína kolmónoxíðs í kringum TW Hydrae, unga stjörnu í 175 ljósára fjarlægð frá Jörðinni. Stjörnufræðingar telja að þetta sólkerfi líkist á margan hátt sólkerfinu okkar þegar það var aðeins nokkurra milljón ára gamalt.
„ALMA hefur veitt okkur fyrstu myndina af snælínu í kringum unga stjörnu. Það er mjög spennandi því það segir okkur sitthvað um árdaga okkar sólkerfis,“ sagði Chunhua „Charlie“ Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Cambridge í Bandaríkjunum), einn tveggja aðalhöfunda greinar um rannsóknina. „Við sjáum nú áður óséð smáatriði í ísköldum ytri svæðum sólkerfis sem líkist sólkerfinu okkar.“
Snælína kolmónoxíðs gæti haft aðrar afleiðingar í för með sér en aðeins myndun reikistjarna. Til að mynda metanól, byggingareiningu flókinna lífrænna efnasambanda sem eru nauðsynlegar lífi, þarf kolmónoxíðís. Ef halastjörnur flytja þessar sameindir til reikistjarna sem eru að myndast og líkjast Jörðinni, væru þessar reikistjörnur þá komnar með nauðsynleg hráefni í líf.
Þetta er í fyrsta sinn sem mynd næst af snælínu í kringum unga stjörnu. Snælínur myndast alltaf á tiltölulega mjóu svæði í miðfleti efnisskífu, svo lengi vel var ekki hægt að finna nákvæma staðsetningu og umfang þeirra. Fyrir ofan og neðan þetta mjóa svæði þar sem snælínan er, kemur hiti frá stjörnunni í veg fyrir að ís myndist. Samsöfnun ryks og gass í miðfletinum er nauðsynleg til að einangra svæðið frá geislun, svo kolmónoxíð og aðrar gastegundir geti kólnað og frosið.
Stjörnufræðingunum tókst með snjallri aðferð að skyggnast inn í skífuna á þann stað þar sem snjór hefur myndast. Í stað þess að leita að snjónum — ekki er hægt að greina hann beint — leituðu þeir að sameind sem kallast diazenýlíum (N2H+) sem er áberandi á millímetrasviði rafsegulrófsins og því kjörið viðfangsefni fyrir sjónauka eins og ALMA. Þessi sameind er borthætt og eyðileggst auðveldlega í návist kolmónoxíðsgass. Það ætti því aðeins að finnast í mælanlegu magni á stöðum í skífunni þar sem kolmónoxíð er frosið og gæti þar af leiðandi ekki sundrað því. Í raun og veru er lykillinn að því að finna snælínu kolmónoxíðs sá að finna diazenýlíum.
ALMA hefur einstaka næmni og greinigæði sem gerði stjörnufræðingunum kleift að rekja tilvist og dreifingu diazenýlíums og koma auga á greinileg mörk í um það 30 stjarnfræðieininga fjarlægð frá stjörnunni (30 föld fjarlægðin milli Jarðar og sólar). Þetta gefur í raun og veru neikvæða mynd af kolmónoxíðsnjó í skífunni í kringum TW Hydrae sem síðan má nota til að sjá snælínu kolmónoxíðs nákvæmlega þar sem kenningar spá fyrir um að hún ætti að vera — við innri brún diazenýlíum hringsins.
„Við notuðum aðeins 26 af 66 loftnetum ALMA fyrir þessar mælingar. Í öðrum mælingum er ALMA þegar farin að sjá merki um snælínur í kringum aðrar stjörnur, svo við erum sannfærð um að í framtíðinni muni mælingar með röðinni allri leiða í ljós miklu meiri, betri og áhugaverðari sýn á myndun og þróun reikistjarna. Bíðið bara og sjáið,“ segir Michiel Hogerheijde við Leiden stjörnustöðina í Hollandi, að lokum.
Skýringar
[1] Þurrar bergreikistjörnur myndas til dæmis fyrir innan snælínu vatns (næst stjörnunni) þar sem aðeins ryk getur verið til staðar. Í hinum endanum eru ísrisarnir, reikistjörnur sem mynduðust fyrir utan snælínu kolmónoxíðs.
Frekari upplýsingar
ALMA er samstarfsverkefni Evrópu, Norður Ameríku og Austur Asíu í samvinnu við Chile. Í Evrópu er verkefnið fjármagnað af ESO, í Norður Ameríku af National Science Foundation (NSF) í samstarfi við National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og í Austur Asíu af National Insitutes of Natural Sciences (NINS) í Japan í samstarfi við Academia Sinica (AS) í Taívan. ESO sér um smíði og rekstur ALMA fyrir hönd Evrópu en National Radio Astronomy Observatory (NRAO), sem lýtur stjórn Associated Universities, Inc. (AUI), fyrir hönd Norður Ameríku og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) fyrir hönd austur Asíu. Samþætt stjórnun á smíði, prófun og rekstri ALMA er í umsjá Joint ALMA Observatory (JAO).
Þessi rannsókn er kynnt í grein sem birtist 18. júlí 2013 í tímaritinu Science Express.
Í rannsóknarhópnum eru C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Bandaríkjunum), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia í Bandaríkjunum), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Bandaríkjunum), P. d'Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de México í Mexíkó), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan í Bandaríkjunum), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Bandaríkjunum), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology í Bandaríkjunum), M. R. Hogerheijde (Leiden Observatory, Leiden University í Hollandi) og E. F. van Dishoeck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics í Þýskalandi).
Qi og Öberg eru aðalhöfundar greinarinnar um rannsóknina.
ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1333.
Tengdar myndir
Teikning listamanns af snælínu umhverfis TW Hydrae sem sýnir rykagnir hjúpaðar vatnsís (4,5–30 stjarnfræðieiningar, blátt) og agnir þaktar kolmónoxíðís í ytri skífunni (>30 stjarnfræðieiningar, grænt). Mörkin á milli bláu og grænu litanna markar snælínu kolmónoxíðs. Snælínan hjálpar rykögnum að festast saman vegna hríms en það er nauðsynlegt fyrir myndun reikistjarna og halastjarna. Mismunandi efnasambönd hafa mismunandi frostmörk svo mismunandi snælínur sjást í mismikilli fjarlægð frá stjörnunni. Mynd: B. Saxton & A. Angelich/NRAO/AUI/NSF/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Þessi mynd, sem tekin var með ALMA sjónaukanum í Chile, sýnir svæði (grænt) þar sem kolmónoxíðsnjór hefur myndast í kringum stjörnuna TW Hydrae (merkt í miðjunni). Blái hringurinn sýnir hvar braut Neptúnusar væri þegar þetta kerfi er borið saman við sólkerfið okkar. Breytingin yfir í kolmónoxíðís gæti líka markað innri brún þess svæðis þar sem litlir íshnettir á borð við halastjörnur og dvergreikistjörnur eins og Plútó og Eris gætu myndast. Mynd: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Snjór í ungu sólkerfi
Snælína markar myndunarsvæði reikistjarna og halastjarna
Sævar Helgi Bragason 18. júl. 2013 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa í fyrsta sinn náð mynd af snælínu í efnisskífu í kringum unga stjörnu
Í fyrsta sinn hefur mynd náðst af snælínu í ungu og fjarlægu sólkerfi. Snælínan er í skífu í kringum stjörnuna TW Hydrae, sem líkist sólinni okkar, og mun hún veita okkur mikilvægar upplýsingar um myndun reikistjarna og halastjarna og þá þætti sem ákvarða efnasamsetningu þeirra, sem og upplýsingar um sögu okkar sólkerfis. Niðurstöðurnar eru birtar í dag í Science Express.
Stjörnufræðingar sem notuðu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), hafa náð fyrstu myndunum af snælínu í ungu sólkerfi. Á Jörðinni er snælína á hálendi þar sem fallandi hitastig breytir raka í loftinu í snjó. Snælína er oftast augljós í fjöllum þar sem efsti hluti fjallsins verður snæviþakinn á meðan fjallshlíðin fyrir neðan er auð.
Snælínur umhverfis ungar stjörnur verða til á samskonar hátt, í fjarlægum og köldum svæðum rykskífunnar sem sólkerfi varð til úr. Í vaxandi fjarlægð frá stjörnunni frýs vatn (H2O) fyrst og myndar fyrstu snælínuna. Lengra frá stjörnunni, þegar hitastigið hefur lækkað enn frekar, frjósa sameindir eins og koldíoxíð (CO2), metan (CH4) og kolmónoxíð (CO). Þessar frosnu sameindir leggjast sem hrímhjúpur á rykagnir og veitir þeim þann mikilvæga eiginleika að sundrast síður við árekstra. Það gerir rykinu kleift að verða að nauðsynlegum byggingareiningum reikistjarna og halastjarna. Snjórinn eykur líka magn fastra efna og getur hraðað myndunarferli reikistjarna töluvert.
Hver þessara mismunandi snælína — vatns, koldíoxíðs, metans og kolmónoxíðs — gæti tengst myndun tiltekinna tegunda reikistjarna [1]. Í kringum stjörnu sem líkist sólinni og í sólkerfi sem svipar til okkar sólkerfis, er snælína vatns nokkurn veginn á milli Mars og Júpíters en snælína kolmónoxíðs er við braut Neptúnusar.
Snælínan sem ALMA kom auga á, er snælína kolmónoxíðs í kringum TW Hydrae, unga stjörnu í 175 ljósára fjarlægð frá Jörðinni. Stjörnufræðingar telja að þetta sólkerfi líkist á margan hátt sólkerfinu okkar þegar það var aðeins nokkurra milljón ára gamalt.
„ALMA hefur veitt okkur fyrstu myndina af snælínu í kringum unga stjörnu. Það er mjög spennandi því það segir okkur sitthvað um árdaga okkar sólkerfis,“ sagði Chunhua „Charlie“ Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Cambridge í Bandaríkjunum), einn tveggja aðalhöfunda greinar um rannsóknina. „Við sjáum nú áður óséð smáatriði í ísköldum ytri svæðum sólkerfis sem líkist sólkerfinu okkar.“
Snælína kolmónoxíðs gæti haft aðrar afleiðingar í för með sér en aðeins myndun reikistjarna. Til að mynda metanól, byggingareiningu flókinna lífrænna efnasambanda sem eru nauðsynlegar lífi, þarf kolmónoxíðís. Ef halastjörnur flytja þessar sameindir til reikistjarna sem eru að myndast og líkjast Jörðinni, væru þessar reikistjörnur þá komnar með nauðsynleg hráefni í líf.
Þetta er í fyrsta sinn sem mynd næst af snælínu í kringum unga stjörnu. Snælínur myndast alltaf á tiltölulega mjóu svæði í miðfleti efnisskífu, svo lengi vel var ekki hægt að finna nákvæma staðsetningu og umfang þeirra. Fyrir ofan og neðan þetta mjóa svæði þar sem snælínan er, kemur hiti frá stjörnunni í veg fyrir að ís myndist. Samsöfnun ryks og gass í miðfletinum er nauðsynleg til að einangra svæðið frá geislun, svo kolmónoxíð og aðrar gastegundir geti kólnað og frosið.
Stjörnufræðingunum tókst með snjallri aðferð að skyggnast inn í skífuna á þann stað þar sem snjór hefur myndast. Í stað þess að leita að snjónum — ekki er hægt að greina hann beint — leituðu þeir að sameind sem kallast diazenýlíum (N2H+) sem er áberandi á millímetrasviði rafsegulrófsins og því kjörið viðfangsefni fyrir sjónauka eins og ALMA. Þessi sameind er borthætt og eyðileggst auðveldlega í návist kolmónoxíðsgass. Það ætti því aðeins að finnast í mælanlegu magni á stöðum í skífunni þar sem kolmónoxíð er frosið og gæti þar af leiðandi ekki sundrað því. Í raun og veru er lykillinn að því að finna snælínu kolmónoxíðs sá að finna diazenýlíum.
ALMA hefur einstaka næmni og greinigæði sem gerði stjörnufræðingunum kleift að rekja tilvist og dreifingu diazenýlíums og koma auga á greinileg mörk í um það 30 stjarnfræðieininga fjarlægð frá stjörnunni (30 föld fjarlægðin milli Jarðar og sólar). Þetta gefur í raun og veru neikvæða mynd af kolmónoxíðsnjó í skífunni í kringum TW Hydrae sem síðan má nota til að sjá snælínu kolmónoxíðs nákvæmlega þar sem kenningar spá fyrir um að hún ætti að vera — við innri brún diazenýlíum hringsins.
„Við notuðum aðeins 26 af 66 loftnetum ALMA fyrir þessar mælingar. Í öðrum mælingum er ALMA þegar farin að sjá merki um snælínur í kringum aðrar stjörnur, svo við erum sannfærð um að í framtíðinni muni mælingar með röðinni allri leiða í ljós miklu meiri, betri og áhugaverðari sýn á myndun og þróun reikistjarna. Bíðið bara og sjáið,“ segir Michiel Hogerheijde við Leiden stjörnustöðina í Hollandi, að lokum.
Skýringar
[1] Þurrar bergreikistjörnur myndas til dæmis fyrir innan snælínu vatns (næst stjörnunni) þar sem aðeins ryk getur verið til staðar. Í hinum endanum eru ísrisarnir, reikistjörnur sem mynduðust fyrir utan snælínu kolmónoxíðs.
Frekari upplýsingar
ALMA er samstarfsverkefni Evrópu, Norður Ameríku og Austur Asíu í samvinnu við Chile. Í Evrópu er verkefnið fjármagnað af ESO, í Norður Ameríku af National Science Foundation (NSF) í samstarfi við National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og í Austur Asíu af National Insitutes of Natural Sciences (NINS) í Japan í samstarfi við Academia Sinica (AS) í Taívan. ESO sér um smíði og rekstur ALMA fyrir hönd Evrópu en National Radio Astronomy Observatory (NRAO), sem lýtur stjórn Associated Universities, Inc. (AUI), fyrir hönd Norður Ameríku og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) fyrir hönd austur Asíu. Samþætt stjórnun á smíði, prófun og rekstri ALMA er í umsjá Joint ALMA Observatory (JAO).
Þessi rannsókn er kynnt í grein sem birtist 18. júlí 2013 í tímaritinu Science Express.
Í rannsóknarhópnum eru C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Bandaríkjunum), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia í Bandaríkjunum), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Bandaríkjunum), P. d'Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de México í Mexíkó), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan í Bandaríkjunum), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics í Bandaríkjunum), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology í Bandaríkjunum), M. R. Hogerheijde (Leiden Observatory, Leiden University í Hollandi) og E. F. van Dishoeck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics í Þýskalandi).
Qi og Öberg eru aðalhöfundar greinarinnar um rannsóknina.
ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1333.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir