Pressmeddelande

Det frusna flygande tefatet

ALMA upptäcker oväntat kalla dammkorn i en skiva där planeter bildas

3 februari 2016

Astronomer har använt teleskopen ALMA och IRAM för att för första gången direkt mäta temperaturen på dammkorn i utkanterna av en planetbildande skiva runt en ung stjärna. Genom att tillämpa en ny teknik när man observerat objektet, som har smeknamnet Flygande tefatet, har de upptäckt att stoftpartiklarna är mycket kallare än man förväntat sig: -266 grader Celsius. Denna överraskande upptäckt pekar på att teoretiska modeller av skivor som denna kan behöva ses över.

Ett internationellt forskarlag som leds av Stephane Guilloteau vid Bordeaux astrofysiska laboratorium, Frankrike, har mätt temperaturen hos stora stoftpartiklar omkring den unga stjärnan 2MASS J16281370-2431391. Stjärnan ligger i det spektakulära stjärnbildande området Rho Ophiuchi, cirka 400 ljusår från jorden.

Stjärnan är omringad av en skiva bestående av gas och stoft – sådana skivor kallas för protoplanetära skivor eftersom de är i de tidiga stadierna i bildandet av ett planetsystem. Just denna skiva ser vi från sidan, och dess utseende i synligt ljus har gett den sitt smeknamn det Flygande tefatet.

Astronomerna använde ALMA för att observera glöden från kolmonoxidmolekyler i skivan hos 2MASS J16281370-2431391. Tack vare de väldigt skarpa bilder som de kunde skapa med ALMA upptäckte forskarna något underligt – i vissa fall såg de en negativ signal! I normala fall är en negativ signal fysiskt omöjligt, men i det här fallet finns det en förklaring, vilket leder till en överraskande slutsats.

Förstaförfattaren Stephane Guilloteau berättar.
– Vi observerade inte denna skiva mot en svart och tom himmel. Vi ser den istället som en silhuett framför den ljusa Rho Ophiuchinebulosan. Dess diffusa glöd är för utsträckt på himlen för att kunna registreras av ALMA, men skivan absorberar dess ljus. Den resulterande negativa signalen innebär att delar av skivan är kallare än bakgrunden. Jorden ligger nämligen bokstavligen i det flygande tefatets skugga!

Forskarlaget kombinerade mätningar av skivan från ALMA med observationer av bakgrundsglöden från 30-meterteleskopet IRAM i Spanien [1]. De kom fram till att stoftpartiklarna i skivan på ett avstånd av cirka 15 miljarder kilometer från den centrala stjärnan har en temperatur som är så låg som -266 grader Celsius (cirka 7 grader över absoluta nollpunkten, eller 7 Kelvin) [2]. Detta är de första direkta mätningarna av temperaturen hos de stora stoftpartiklarna (omkring en millimeter stora) i ett sådant objekt. Denna temperatur är mycket lägre än de -258 till -253 grader Celsius (15 till 20 Kelvin) som de flesta av dagens teoretiska modeller förutspår. För att denna avvikelse ska kunna förklaras måste de stora stoftpartiklarna ha andra egenskaper än forskarna hittills väntat sig, så att de kan svalna ner till så låga temperaturer.

Emmanuel di Folce, också vid Bordeaux astrofysiska laboratorium, är medförfattare till artikeln.
– För att reda ut effekterna som denna upptäckt har på skivstrukturen måste vi hitta vad för möjliga egenskaper hos stoftpartiklarna kan leda till så låga temperaturer. Vi har några idéer – till exempel så kan temperaturen bero på storleken hos stoftpartiklarna, där de större stoftpartiklarna är svalare än de mindre. Men det är för tidigt för att vara säker, säger han.

Om dessa låga stofttemperaturer visar sig vara ett normalt inslag i protoplanetära skivor kan detta få många konsekvenser för astronomer som vill förstå hur de bildas och utvecklas.

Till exempel påverkar stoftets egenskaper vad som händer när partiklarna kolliderar, och därmed deras roll när stoftkorn bildar frön till framtida planeter. Men ännu är det inte möjligt att bedöma om dammkornens nya egenskaper är viktiga när planeter ska bildas.

Förekomsten av låga temperaturer hos stoftkorn kan ha konsekvenser också för de mindre stoftskivorna som forskare känner till. Om dessa skivor består av mestadels stora, men svalare, stoftpartiklar än vad man hittills trott skulle detta innebära att dessa kompakta skivor kan innehålla mer massa än man hittills trott. Det skulle i sin tur göra det möjligt även för dessa skivor att bilda stora planeter relativt nära den centrala stjärnan.

I väntan på ytterligare observationer verkar det som att de svalare stoftpartiklarna som ALMA hittat kan få betydande konsekvenser för vår förståelse av protoplanetära skivor.

Noter

[1] Mätningarna från IRAM behövdes eftersom ALMA inte är känsligt för de utsträckta bakgrundssignalerna.

[2] Detta motsvarar hundra gånger avståndet mellan solen och jorden. I solsystemet upptas detta område av Kuiperbältet.

Mer information

Resultaten presenteras i en forskningsartikel med titeln “The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains” av S. Guilloteau m. fl., och publiceras i tidsskriften Astronomy & Astrophysics Letters.

Forskarlaget består av S. Guilloteau (University of Bordeaux/CNRS, Floirac, Frankrike), V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Frankrike), E. Chapillon (University of Bordeaux/CNRS; IRAM), E. Di Folco (University of Bordeaux/CNRS), A. Dutrey (University of Bordeaux/CNRS), T.Henning (Max Planck Institute für Astronomie, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), D.Semenov (MPIA), T.Birnstiel (MPIA) och N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Strasbourg, Frankrike).

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. ALMA stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).

Byggandet och drivandet av ALMA leds av ESO av dess medlemsstater; av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som förvaltas av Associated Universities, Inc. (AUI), på uppdrag av Nordamerika; och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på uppdrag av Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) bidrar med enhetlig ledning och styrning av byggandet, driftsättning och drift av ALMA.

Institut de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM) stöds av INSU/CNRS (Frankrike), MPG (Tyskland), och IGN (Spanien).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, 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 arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Bilder på ALMA

• Forskningsartikeln

Kontakter

Stephane Guilloteau
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Floirac, France
E-post: stephane.guilloteau@u-bordeaux.fr

Emmanuel di Folco
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Floirac, France
E-post: emmanuel.di-folco@u-bordeaux.fr

Vincent Pietu
IRAM
Grenoble, France
E-post: pietu@iram.fr

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 eso1604 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.