De Europeiska sydobservatoriet (ESO) har släppt en fantastisk samling bilder av de cirkumstellära skivorna som omger unga stjärnor. Bilderna är tagna med SFÄR (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) instrument på ESO:s Very Large Telescope (VLT) i Chile. Vi har tittat på bilder av cirkumstellära skivor ganska länge, men den här samlingen avslöjar den fascinerande variationen av former och storlekar som dessa skivor kan ta.
Nya bilder från SPHERE-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope avslöjar de dammiga skivorna som omger närliggande unga stjärnor i större detalj än vad som tidigare uppnåtts. De visar en bisarr variation av former, storlekar och strukturer, inklusive de sannolika effekterna av planeter som fortfarande håller på att bildas. Bild: ESO/H. Avenhaus et al./E. Sissa et al./DARTT-S och SHINE samarbeten
Vi har en allmänt accepterad modell av stjärnbildning som stöds av gott om bevis, inklusive bilder som dessa från ESO. Modellen börjar med ett moln av gas och damm som kallas a gigantiska molekylära moln . Inom det molnet börjar en ficka av gas och damm att smälta samman. Så småningom, när gravitationen får material att falla inåt, blir fickan mer massiv och utövar ännu mer gravitationskraft. Mer gas och damm fortsätter att dras in.
Materialet som faller in ger också lite vinkelmoment till fickan, vilket orsakar rotation. När tillräckligt med material har samlats antänds fusion och en stjärna föds. Vid den tidpunkten finns det en proto-stjärna inuti molnet, med oanvänd gas och damm kvar i en roterande ring runt proto-stjärnan. Den kvarvarande roterande ringen kallas en cirkumstellär skiva, ur vilken planeter så småningom bildas.
Det finns andra bilder på cirkumstellära skivor , men de har varit utmanande att fånga. För att avbilda hur mycket detaljer som helst i skivorna måste du blockera ljuset från stjärnan i mitten av skivan. Det är där SPHERE kommer in.
En detaljerad bild av SPHERE-instrumentet och dess huvudsakliga delsystem. SPHERE är installerat på ESO:s VLT och såg det första ljuset 2014. Bild: ESO
SPHERE lades till ESO:s Very Large Telescope 2014. Dets primära uppgift är att direkt avbilda exoplaneter, men det har också förmågan att ta bilder av cirkumstellära skivor. För att göra det separerar den två typer av ljus: polariserat och icke-polariserat.
Ljus som kommer direkt från en stjärna – i dessa bilder är en ung stjärna som fortfarande är omgiven av en cirkumstellär skiva – opolariserat. Men när det stjärnljuset väl sprids av materialet i själva skivan blir ljuset polariserat. SPHERE, som namnet antyder, kan separera de två typerna av ljus och isolera bara ljuset från skivan. Det är så instrumentet fångar så fascinerande bilder av skivorna.
En kantvy av skivan som omger stjärnan GSC 07396-00759. Skivan sträcker sig från det nedre vänstra till det övre högra området och det centrala grå området visar var stjärnan maskerades. Kreditera:
DEN E. Sissa et al.
Ända sedan det blev klart att exoplaneter inte är sällsynta och att de flesta stjärnor – kanske alla stjärnor – har planeter som kretsar kring dem, har förståelsen av solsystemets bildning blivit ett hett ämne. Problemet har varit att vi inte riktigt kan se det hända i realtid. Vi kan titta på vårt eget solsystem, och andra fullt bildade, och göra gissningar om hur de bildades. Men planetbildning är gömd inuti dessa cirkumstellära diss. Att se in i dessa skivor är avgörande för att förstå kopplingen mellan egenskaperna hos själva skivan och planeterna som bildas i systemet.
Skivorna som avbildas i den här samlingen är till största delen från en studie som kallas DARTTS-S (Discs Around T Tauri Stars with SPHERE) undersökningen. T Tauri-stjärnor är unga stjärnor som är mindre än 10 miljoner år gamla. Vid den åldern håller planeterna fortfarande på att bildas. Stjärnorna sträcker sig från 230 till 550 ljusår från jorden. I astronomiska termer är det ganska nära. Men stjärnornas bländande starka ljus gör det fortfarande mycket svårt att fånga det svaga ljuset från skivorna.
En av bilderna är inte en T Tauri-stjärna och är inte från DARTTS-S-studien. Skivan runt stjärnan GSC 07396-00759, på bilden ovan, är faktiskt från SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets), även om själva bilderna togs med SPHERE. GSC 07396-00759 är en röd stjärna som är en del av ett multipelstjärnsystem som ingick i DARTTS-S-studien. Det förbryllande är att röd stjärna är i samma ålder som T TAURI-stjärnan i samma system, men ringen runt den röda stjärnan är mycket mer utvecklad. Varför de två skivorna runt två stjärnor i samma ålder är så olika varandra när det gäller tidsskala och evolution är ett pussel, och är en av anledningarna till att astronomer vill studera dessa skivor mycket närmare.
Vi kan studera vårt eget solsystem och titta på positionerna och egenskaperna hos planeterna och asteroidbältet och Kuiperbältet. Utifrån det kan vi försöka gissa hur det hela bildades, men vår enda chans att förstå hur allt hängde ihop är att titta på andra yngre solsystem när de bildas.
SPHERE-instrumentet, och andra framtida instrument som James Webb-rymdteleskopet, kommer att tillåta oss att titta in i de cirkumstellära skivorna runt andra stjärnor och att reta ut detaljerna i planetbildningen. Dessa nya bilder från SPHERE är en lockande smak av detaljerna och variationen vi kan förvänta oss att se.
