"Ooompah, loompah, roopity σκουριά ... Η ALMA βρίσκει κομήτες κρυμμένους στη σκόνη." Σύμφωνα με πολλές μελέτες τα τελευταία χρόνια, οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι οι πλανήτες φαίνεται να βρίσκονται παντού γύρω από τα αστέρια. Τώρα, χάρη σε ένα γλυκό τηλεσκόπιο, το Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), η επιστήμη έχει κάνει ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός για να κατανοήσει πώς οι μικροσκοπικοί κόκκοι σκόνης σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο μπορούν μια μέρα να εξελιχθούν σε μεγαλύτερη μορφή.
Λίγο λιγότερο από 400 έτη φωτός από τη Γη είναι ένα νεανικό ηλιακό σύστημα που καταγράφεται ως Oph IRS 48. Σε εικόνες που έχουν ληφθεί από τις εξωτερικές του περιμέτρους, οι αστρονόμοι έχουν πάρει μια ζωτική ένδειξη στις στροβιλιζόμενες μάζες σκόνης - μια περιοχή σε σχήμα ημισελήνου που ονομάζεται " παγίδα σκόνης ». Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η περιοχή μπορεί να είναι ένα προστατευτικό κουκούλι που επιτρέπει να σχηματιστούν βραχώδεις σχηματισμοί. Γιατί είναι σημαντική μια τέτοια περιοχή; Είναι ο συντελεστής συντριβής. Όταν οι αστρονόμοι προσπαθούν να μοντελοποιήσουν τη σκόνη σε βραχώδεις σχηματισμούς, έχουν βρει τα σωματίδια αυτοκαταστροφή… είτε συντρίβοντας το ένα το άλλο, είτε έλκοντάς το στο κεντρικό αστέρι. Για να προχωρήσουν μετά από ένα ορισμένο μέγεθος, πρέπει απλά να έχουν έναν χώρο προστασίας για να τους επιτρέψουν να αναπτυχθούν.
«Υπάρχει ένα μεγάλο εμπόδιο στη μακρά αλυσίδα των γεγονότων που οδηγεί από μικροσκοπικούς κόκκους σκόνης σε αντικείμενα μεγέθους πλανήτη», δήλωσε ο Til Birnstiel, ερευνητής στο Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ-Σμιθσονιέ στο Cambridge, Mass. Και συν-συγγραφέας στο το έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science. «Σε υπολογιστικά μοντέλα σχηματισμού πλανητών, οι κόκκοι σκόνης πρέπει να αναπτυχθούν από μεγέθη υπομικρομέτρων σε αντικείμενα έως και δέκα φορές τη μάζα της Γης σε λίγα εκατομμύρια χρόνια. Αλλά μόλις τα σωματίδια μεγαλώσουν αρκετά, αρχίζουν να αυξάνουν την ταχύτητα και είτε συγκρούονται, στέλνοντάς τα πίσω στο τετράγωνο είτε αργά παρασύρονται προς τα μέσα, αποτρέποντας την περαιτέρω ανάπτυξη. "
Πού μπορεί λοιπόν να κρύψει ένας νεογέννητος πλανήτης, κομήτης ή αστεροειδής; Η Nienke van der Marel, φοιτητής διδακτορικού στο Παρατηρητήριο του Leiden στις Κάτω Χώρες και επικεφαλής συγγραφέας του άρθρου, χρησιμοποιούσε την ALMA μαζί με τους συναδέλφους της, για να ρίξει μια προσεκτική ματιά στο Oph IRS 48 και ανακάλυψε έναν πυρήνα αερίου με ένα κεντρικό τρύπα. Αυτή η απουσία σωματιδίων σκόνης ήταν πολύ διαφορετική από τα προηγούμενα αποτελέσματα που ελήφθησαν στο πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο του ESO.
«Αρχικά, το σχήμα της σκόνης στην εικόνα μας έκανε μια πλήρη έκπληξη», λέει ο van der Marel. «Αντί για το δαχτυλίδι που περιμέναμε να δούμε, βρήκαμε ένα πολύ καθαρό σχήμα κάσιου! Έπρεπε να πείσουμε τον εαυτό μας ότι αυτό το χαρακτηριστικό ήταν πραγματικό, αλλά το ισχυρό σήμα και η ευκρίνεια των παρατηρήσεων ALMA δεν άφησαν καμία αμφιβολία για τη δομή. Τότε συνειδητοποιήσαμε τι βρήκαμε. "
Μια έκπληξη? Βάζεις στοίχημα. Αυτό που αποκάλυψε η ομάδα ήταν μια περιοχή όπου οι μεγάλοι κόκκοι σκόνης παρέμειναν αιχμάλωτοι και θα μπορούσαν να συνεχίσουν να κερδίζουν μάζα καθώς όλο και περισσότεροι κόκκοι συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν μαζί. Εδώ ήταν η «παγίδα σκόνης» που προέβλεπαν οι θεωρητικοί.
Φόρτωση προγράμματος αναπαραγωγής…
Τι είναι λοιπόν; Για να διατηρήσετε τους κόκκους σκόνης μαζί και να σχηματίσετε απαιτείται μια δίνη - μια περιοχή υψηλής πίεσης για την προστασία τους. Για να σχηματιστεί αυτή η δίνη, πρέπει να υπάρχει ένα μεγάλο αντικείμενο, είτε ένα συνοδευτικό αστέρι είτε ένας γίγαντας αερίου. Όπως ένα σκάφος που κολλάει μέσα από νερά γεμάτα φύκια, το δευτερεύον αντικείμενο στον πλανητικό δίσκο θα καθαρίσει ένα μονοπάτι μετά από αυτό, παράγοντας τις κρίσιμες νευρώσεις και τις στροφές που απαιτούνται για τη διαμόρφωση της παγίδας σκόνης. Ενώ προηγούμενες μελέτες του Oph IRS 48 αποκάλυψαν έναν άκαμπτο δακτύλιο μονοξειδίου του άνθρακα σε συνδυασμό με σκόνη, δεν παρατηρήθηκε «παγίδα». Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η παρατήρηση ήταν αρνητική. Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν επίσης ένα κενό μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών τμημάτων του ηλιακού συστήματος - μια ένδειξη για την παρουσία του απαραίτητου μεγάλου σώματος.
Οι συνθήκες ήταν σωστές για πιθανή παγίδα σκόνης. Εισαγάγετε ALMA. Τώρα οι ερευνητές μπόρεσαν να δουν τόσο το αέριο όσο και τους μεγαλύτερους κόκκους σκόνης ταυτόχρονα. Αυτές οι νέες παρατηρήσεις οδήγησαν σε μια ανακάλυψη που κανένα άλλο τηλεσκόπιο δεν είχε αποκαλύψει ακόμη… ένα μονόπλευρο κύμα στο εξωτερικό τμήμα του δίσκου.
Όπως εξηγεί ο van der Marel: «Είναι πιθανό να εξετάζουμε ένα είδος εργοστασίου κομήτη, καθώς οι συνθήκες είναι σωστές για να αναπτυχθούν τα σωματίδια από χιλιοστό σε μέγεθος κομήτη. Η σκόνη δεν είναι πιθανό να σχηματίσει πλανήτες πλήρους μεγέθους σε αυτήν την απόσταση από το αστέρι. Αλλά στο εγγύς μέλλον η ALMA θα είναι σε θέση να παρατηρήσει παγίδες σκόνης πιο κοντά στα γονικά τους αστέρια, όπου λειτουργούν οι ίδιοι μηχανισμοί. Τέτοιες παγίδες σκόνης θα ήταν πραγματικά τα λίκνα για νεογέννητους πλανήτες. "
Καθώς τα μεγαλύτερα σωματίδια μετακινούνται προς περιοχές υψηλότερης πίεσης, σχηματίζεται η παγίδα σκόνης. Για να επικυρώσουν τα ευρήματά τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μοντέλα υπολογιστών για να δείξουν ότι μια περιοχή υψηλής πίεσης θα μπορούσε να προκύψει από την κίνηση του αερίου στα ανοίγματα. Ταιριάζει με την παρατήρηση του δίσκου Oph IRS 48.
«Ο συνδυασμός έργων μοντελοποίησης και υψηλής ποιότητας παρατηρήσεων της ALMA το κάνει αυτό ένα μοναδικό έργο», λέει ο Cornelis Dullemond από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Αστροφυσικής στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας, που είναι ειδικός στην εξέλιξη της σκόνης και στη μοντελοποίηση δίσκων και μέλος της ομάδας . «Περίπου τη στιγμή που λήφθηκαν αυτές οι παρατηρήσεις, εργαζόμασταν σε μοντέλα που προβλέπουν ακριβώς αυτά τα είδη δομών: μια πολύ τυχερή σύμπτωση».
«Αυτή η δομή που βλέπουμε με την ALMA θα μπορούσε να μειωθεί ώστε να αντιπροσωπεύει αυτό που μπορεί να συμβαίνει στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα όπου θα σχηματίζονταν περισσότεροι πλανήτες σαν τη Γη», δήλωσε ο Birnstiel. "Στην περίπτωση αυτών των παρατηρήσεων, ωστόσο, μπορεί να βλέπουμε κάτι ανάλογο με το σχηματισμό του Kuiper Belt ή του Oort Cloud της Sun, της περιοχής του ηλιακού μας συστήματος όπου πιστεύεται ότι προέρχονται οι κομήτες."
Όπως το ονειρικό εργοστάσιο της παιδικής μας ηλικίας, το ALMA είναι ακόμη υπό κατασκευή. Αυτές οι μοναδικές παρατηρήσεις λήφθηκαν με τους δέκτες ALMA Band 9 - όργανα ευρωπαϊκής κατασκευής που επιτρέπουν στην ALMA να παρέχει τις πιο ευκρινείς, πιο λεπτομερείς εικόνες μέχρι στιγμής.
«Αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η ALMA είναι ικανή να προσφέρει μετασχηματιστική επιστήμη, ακόμη και με λιγότερο από το ήμισυ της πλήρους σειράς σε χρήση», λέει ο Ewine van Dishoeck του Παρατηρητηρίου του Λάιντεν, ο οποίος έχει συμβάλει σημαντικά στο έργο ALMA για περισσότερα από 20 χρόνια. . «Το απίστευτο άλμα τόσο στην ευαισθησία όσο και στην ευκρίνεια της εικόνας στο Band 9 μας δίνει την ευκαιρία να μελετήσουμε βασικές πτυχές του σχηματισμού πλανητών με τρόπους που απλά δεν ήταν δυνατόν πριν».
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO. Για περαιτέρω ανάγνωση: Δελτίο Τύπου NRAO.
