Pressmeddelande

VLTI hittar exozodiakalljus

Ny utmaning för direkt avbildning av andra jordar

3 november 2014

Genom att utnyttja den fulla kraften hos Very Large Telescope Interferometer har ett internationellt team av astronomer upptäckt så kallat exozodiakalljus omkring nio närliggande stjärnor. Det här ljuset, som upptäckts nära den beboeliga zonen hos stjärnorna, är stjärnljus som reflekteras från stoft och damm som skapas i kollisioner mellan asteroider och när kometer avdunstar. Att så stora mängder av damm existerar i de inre regionerna kring några stjärnor kan innebär problem för framtida direktobservationer av jordlika planeter.

Med hjälp av Very Large Telescope Interferometer (VLTI) observerade forskarlaget 92 närliggande stjärnor i kortvågigt infrarött ljus [1] för att söka efter så kallat exozodiakalljus: skenet från varmt stoft som ligger i stjärnornas beboeliga zoner. För att lyckas med detta kombinerade gruppen de nya observationerna med tidigare mätningar [2]. Starkt exozodiakalljus, som skapas av skenet från varmt exozodiakalt stoft eller reflekterat stjärnljus från stoftet, observerades kring nio av de studerade stjärnorna.  

Från mörka platser på jorden kan man se zodiakalljus som ett svagt diffust vitt sken över natthimlen efter skymningen eller innan gryningen. Zodiakalljus skapas när solljuset reflekteras av små stoftpartiklar och verkar sträcka sig från solens läge upp över himlen. Samma reflekterade ljus kan ses inte bara från jorden, utan från överallt i solsystemet.

Skenet som nu observerats är en mer extrem version av samma fenomen. Fastän exozodiakalljus - zodiakalljus kring andra stjärnor - har detekterats tidigare så är detta den första stora systematiska studie av fenomenet omkring stjärnor i vår närhet i rymden.

Till skillnad från tidigare studier har observationerna inte handlat om stoft som senare kommer att bilda planeter, utan stoft som skapats i kollisioner mellan himlakroppar som är bara några få kilometer stora. Dessa kallas ofta planetesimaler och liknar asteroiderna och kometerna i vårt solsystem. Det är denna typ av stoft som ligger bakom zodiakalljuset som vi kan se i vårt solsystem.

Steve Ertel, astronom vid ESO och vid Grenobles universitet i Frankrike, är förstaförfattare till artikeln.

– Om vi vill studera hur jordlika planeter utvecklas nära den beboeliga zonen så måste vi också observera stoftet som orsakar zodiakalljuset i samma område omkring andra stjärnor. Att upptäcka och karaktärisera den här typen av stoft kring andra stjärnor gör att vi kan studera planetsystemens arkitektur och utveckling, säger han.

Att upptäckta ljussvagt stoft nära en starkt lysande stjärna kräver högupplösta observationer som klarar av starka kontraster. Interferometri – en teknik där man kombinerar ljus, i detta fall infrarött ljus, som samlats in vid exakt samma tidpunkt från flera olika teleskop – är än så länge den enda metoden som gör att  dessa system kan upptäckas och studeras.

Genom att till fullo utnyttja VLTI och pressa instrumentet till gränsen vad gäller noggrannhet och effektivitet kunde forskarna nå en prestandanivå som är drygt tio gånger bättre än vad andra instrument runt om i världen klarar av.

För varje stjärna använde forskarna de VLTI:s 1,8-meters hjälpteleskop för att skicka vidare ljus till interferometern. Hos stjärnor där man fann starkt exozodiakalljus kunde man upplösa hela stoftskivan och skilja dess svaga sken åt från värdstjärnans dominerande ljus [3].

Genom att analysera egenskaperna hos stjärnorna som är omringade av varsin skiva av exozodiakalljus fann forskarna att gamla stjärnor innehåller mer stoft än yngre. Det var en överraskning som väcker nya frågor kring vår förståelse av planetsystem. Om stoftet skapas i kollisioner mellan planetesimaler borde det minska med tiden eftersom antalet planetesimalerna minskar snabbare än nya kan bildas.

Urvalet av observerade objekt inkluderade 14 stjärnor där man tidigare upptäckt exoplaneter. Alla dessa planeter ligger i samma område relativt sina stjärnor som stoftet som orsakar zodiakalljuset. Närvaron av exozodiakalljus i system med planeter kan skapa problem för framtida studera av exoplaneter.

Även om ljuset från exozodiakalstoft är svagt gör det märkbart svårare att upptäcka jordlika planeter genom att direkta avbilda dem. Exozodiakalljuset som upptäcktes i den här studien lyser 1000 gånger starkare än zodiakalljuset som vi ser kring solen. Stjärnor med zodiakalljus som lyser lika starkt som solsystemets är dock troligen många fler än det antal som man fann i den här studien. Studien är därför bara ett första steg mot mer detaljerade studier av exozodiakalljus.

Olivier Absil vid Lièges universitet är medförfattare till artikeln.

– Att vi lyckats detektera såhär många system som är såhär ljusa tyder på att det måste finnas en betydande mängd som innehåller mer ljussvagt stoft, som vi inte kunde upptäcka i vår studie, men som fortfarande är ljusare än solsystemets zodiakalljus. Närvaron av sådant stoft i så många system kan därför utgöra ett hinder för framtida observationer som syftar till att direkt avbilda jordlika exoplaneter, avslutar han.

Noter

[1] Gruppen använde gästinstrumentet PIONIER på VLTI som interferometriskt kopplar samman alla fyra hjälpteleskopen eller alla fyra enhetsteleskopen i Very Large Telescope, VLT, vid Paranalobservatoriet. Detta ger extremt högupplösta men också mycket effektiva observationer.

[2] Tidigare observationer gjordes med CHARA - en optisk astronomisk interferometer som drivs av Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) vid Georgia State University och dess fiberledda strålkombinerare FLUOR.

[3] Som en biprodukt har dessa observationerna också lett till att man upptäckt att de mest massiva stjärnorna i urvalet också är dubbelstjärnor.

– Stjärnornas nya följeslagare innebär att vi borde se över vår förståelse kring hur vanligt det är med dubbelstjärnor bland stjärnor av denna typ, säger Lindsay Marion, förstaförfattare till ytterligare en artikel som beskriver dubbelstjärnorna som upptäckts utifrån samma observationer.

Mer information

Forskningen som lett fram till de här resultaten presenteras i artikeln “A near-infrared interferometric survey of debris-disc stars. IV. An unbiased sample of 92 southern stars observed in H-band with VLTI/PIONIER” av S. Ertel m. fl. och publiceras i tidsskriften Astronomy & Astrophysics.

Forskargruppen består av S. Ertel (Université Grenoble Alpes, Frankrike; ESO, Chile), O. Absil (Lièges universitet, Belgien), D. Defrère (Arizonas universitetet, USA), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes), J.-C. Augereau (Université Grenoble Alpes), L. Marion (Lièges universitet), N. Blind (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Tyskland), A. Bonsor (Bristols universitet, Storbritannien), G. Bryden (California Institute of Technology, Pasadena, USA), J. Lebreton (California Institute of Technology), och J. Milli (Université Grenoble Alpes)

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

• Forskningsartikeln om exozodiakalljus

• Kompletterande forskningsartikel om dubbelstjärnor

• ESO-meddelande om PIONIER instrumentet

Kontakter

Steve Ertel
European Southern Observatory
Santiago, Chile
E-post: sertel@eso.org

Lindsay Marion
University of Liège
Liège, Belgium
Tel: +32 4 366 97 58
Mobil: +32 472 347 742
E-post: lindsay.marion@ulg.ac.be

Jean-Charles Augereau
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Grenoble, France
Tel: +33 (0)4 76 51 47 86
E-post: Jean-Charles.Augereau@obs.ujf-grenoble.fr

Richard Hook
ESO education and Public Outreach Department
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 eso1435 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.