Pressmeddelande

Snö i ett ungt solsystem

En frostig milstolpe för planet och kometbildning

18 juli 2013

För första gången har astronomer observerat snögränsen i ett ungt och avlägset solsystem. Denna gräns, som ligger i skivan som omger den solliknande stjärnan TW Hydrae, lovar att berätta mer om för oss om hur planeter och kometer bildas, vad som bestämmer deras innehåll, och till och med vårt eget solsystems historia. Resultaten publiceras idag i Science Express.

Astronomer har använt teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) för att ta den första bilden någonsin av snögränsen i stoftskivan omkring en ung stjärna. På jorden ser vi sådana snögränser på hög höjd, då låga temperaturer gör att den fuktiga luften blir till snö. Gränsen är lätt att se på ett berg, där den snötäckta delen av toppen slutar och den steniga delen börjar.

Snögränsen omkring en ung stjärna bildas på liknande sätt, långt ut i de kallare delarna av skivan ifrån vilken stjärnan bildas. Från stjärnan och utåt börjar först vatten (H₂O) att frysa till is, och ger upphov till den första snögränsen. Ännu längre från stjärnan då det blir ännu kallare kan mer exotiska molekyler frysa och bli till snö, som koldioxid (CO₂), metan (CH₄) och kolmonoxid (CO). Dessa olika snöer spelar en väsentlig roll för att hjälpa stoftkornen i skivan att övervinna sin benägenhet att gå sönder när de kolliderar med varandra, genom att ge dem en kletig yttre hinna. På detta sätt kan de bli byggstenar till planeter och kometer. Snön ökar  också den tillgängliga andelen fast materia och kan göra att planeter bildas mycket snabbare  

Var och en av dessa snögränser - för vatten, koldioxid, metan och kolmonoxid - kan relateras till bildandet av olika slags planeter [1]. Omkring en stjärna som liknar solen i ett solsystem som vårt eget, skulle snögränsen för vatten ligga vid Mars omloppsbana, och snögränsen för kolmonoxid skulle ligga längre ut, vid Neptunus omloppsbana.

Med ALMA har astronomerna för första gången fått en skymt av snögränsen för kolmonoxid, omkring TW Hydrae, en ung stjärna 175 ljusår från jorden. Astronomerna tror att detta blivande solsystem på många sätt liknar vårt eget då det var bara några miljoner år gammalt.

Chunhua “Charlie” Qi vid Harvard-Smithsonian centret för astrofysik i Cambridge, USA, är förste författare till artikeln:

- ALMA har gett oss den första riktiga bilden av en snögräns omkring en ung stjärna, vilket är extremt spännande eftersom det berättar för oss om vårt eget solsystems tidiga historia. Vi kan nu se nya detaljer om de frusna yttre delarna av ett annat solsystem som liknar vårt eget.

Men närvaron av en snögräns för kolmonoxid skulle kunna ha andra viktiga följder än bara hur planeter bildas. Koldioxidis behövs för att bilda metanol, vilket är en byggsten för mer komplexa organiska molekyler som är viktiga för liv. Om kometer forslade med sig dessa molekyler till nybildade jordliknande planeter, skulle dessa planeter kunna ha utrustats med ingredienserna som är nödvändiga för liv.

Inga snögränser har tidigare blivit avbildade eftersom de alltid bildas i den relativt tunna centralplanet i skivan, så att deras exakta position och utsträckning inte skulle kunna bestämmas. Över och under det tunna området där de finns hindrar stjärnans strålning isen att bildas. Bara i skivans centrala del där stoftet och gasen isolerar kan kolmonoxid och andra gaser kylas ned och frysa till snö.

Astronomteamet som gjort upptäckten lyckades titta in i skivan där snön har bildats med hjälp av ett smart trick. Istället för att titta direkt efter snön - den går inte att observera direkt -  letade de efter en molekyl som kallas diazenylium (N₂H⁺) vilken lyser start i millimetervågsljus, och som är perfekt för ett radioteleskop som ALMA att observera. Dessa sköra molekyler förstörs i närheten av kolmonoxidgas, så de borde bara finnas i större mängder i områden där kolmonoxidgasen har blivit till snö och inte längre kunde förstöra dem. Därför blev nyckeln till att lokalisera kolmonoxidsnön att hitta diazenyliumgas.

Med ALMA:s unika känslighet och detaljrikedom kunde astronomerna bestämma förekomsten och fördelningen av diazenylium och de hittade en klart definierad gräns ungefär 30 astronomiska enheter från stjärnan (30 gånger avståndet mellan jorden och solen). Detta ger i princip en negativ bild av kolmonoxidsnön i skivan som omger TW Hydrae, vilken visar att koldioxidsnöns gräns ligger exakt där teorierna förutsäger - den inre kanten av ringen av diazenylium.

Michiel Hogerheijde vid Leidenobservatoriet i Nederländerna avslutar:

- För dessa observationer använde vi bara 26 av ALMA:s totala antennpark på 66 antenner. Vi är säkra på att framtida observationer med alla antenner kommer att detektera andra snögränser och ge oss ännu fler spännande insikter i bildandet och utveckligen av planeter. Vänta och se bara!

Noter

[1] Till exempel kan torra stenplaneter bildas på den inre sidan av vattens snögräns (närmare stjärnan) där bara stoft kan finnas. Åt andra hållet är de stora isplaneterna som bildas bortom kolmonoxidens snögräns.

Mer information

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Ostasien i samverkan med Chile. I Europa stöds ALMA av ESO, i Nordamerika av US National Science Foundation (NSF) i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) samt av Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC), i Ostasien av Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Bygget och driften av ALMA leds för Europas del av ESO, för Japan av Nationella astronomiska observatoriet i Japan (NAOJ) och för Nordamerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som drivs av Associated Universities, Inc. (AUI). Joint ALMA Observatory (JAO) ger gemensam ledning och gemensam organisation för bygget, driftsättning och drift av ALMA.

Resultaten presenteras i en forskningsartikel som publiceras den 18 juli 2013 i tidskriften Science Express.

Teamet består av C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, USA), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), P. d’Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de México, México), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan, USA, S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, USA), M. R. Hogerheijde (Leiden Observatory, Leiden University, Nederländerna) and E. F. van Dishoeck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Tyskland).

Qi och Öberg ledde arbetet tillsammans.

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Mer om ALMA

Bilder på ALMA

Pressrelease hos NRAO

Kontakter

Chunhua Qi
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Cambridge, Mass., USA
Tel: +1 617 495 7087
E-post: cqi@cfa.harvard.edu

Michiel Hogerheijde
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 6 4308 3291
E-post: michiel@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1333 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.