Astronomer är förstås fascinerade av Epsilon Eridani-systemet. För det första är detta stjärnsystem i närheten av vårt eget, på ett avstånd av cirka 10,5 ljusår från solsystemet. För det andra har det varit känt under en tid att den innehåller två asteroidbälten och en stor skräpskiva. Och för det tredje har astronomer i många år misstänkt att denna stjärna också kan ha ett system av planeter.
Utöver allt detta har en ny studie av ett team av astronomer visat att Epsilon Eridani kan vara vad vårt eget solsystem var under dess yngre dagar. Förlitar sig på NASA Stratosfärobservatorium för infraröd astronomi (SOFIA) flygplan, gjorde teamet en detaljerad analys av systemet som visade hur det har en arkitektur som är anmärkningsvärt lik hur astronomer tror att solsystemet en gång såg ut.
Leds av Kate Su – en associerad astronom med Steward Observatory vid University of Arizona – teamet inkluderar forskare och astronomer från Institutionen för fysik och astronomi vid Iowa State University, Astrofysiska institutet och universitetsobservatoriet vid University of Jena (Tyskland) och NASA:s Jet Propulsion Laboratory och Ames Research Center.
Konstnärsdiagram som visar Epsilon Eridanis struktur som liknar solsystemet. Kredit: NASA/JPL-Caltech
För deras studies skull – vars resultat publicerades iThe Astronomical Journalunder rubriken ' Den inre 25 AU skräpdistributionen i Epsilon Eri-systemet ” – teamet förlitade sig på data som erhölls av en SOFIA-flygning i januari 2015. I kombination med detaljerad datormodellering och forskning som pågick i flera år, kunde de göra nya bestämningar om strukturen på skräpskivan.
Som redan nämnts indikerade tidigare studier av Epsilon Eridani att systemet är omgivet av ringar som består av material som i princip är rester från planetbildningsprocessen. Sådana ringar består av gas och damm och tros också innehålla många små steniga och isiga kroppar – som solsystemets egna Cooper bälte , som kretsar runt vår sol bortom Neptunus.
Noggranna mätningar av skivans rörelse har också visat att en planet med nästan samma massa som Jupiter cirklar stjärnan på ett avstånd som är jämförbart med Jupiters avstånd från solen. Men baserat på tidigare data som erhållits av NASA Spitzer rymdteleskop , forskare kunde inte bestämma positionen för varmt material i skivan - det vill säga dammet och gasen - vilket gav upphov till två modeller.
I det ena är varmt material koncentrerat till två smala ringar av skräp som kretsar runt stjärnan på avstånd som motsvarar det huvudsakliga asteroidbältet respektive Uranus i vårt solsystem. Enligt denna modell skulle den största planeten i systemet sannolikt vara associerad med ett intilliggande skräpbälte. I den andra finns varmt material i en bred skiva, är inte koncentrerat till asteroidbältesliknande ringar och är inte associerat med några planeter i det inre området.
NASA:s SOFIA-flygplan före en flygning 2015 för att observera en närliggande stjärna. Kredit: Massimo Marengo.
Med hjälp av de nya SOFIA-bilderna kunde Su och hennes team fastställa att det varma materialet runt Epsilon Eridani är arrangerat som den första modellen antyder. I huvudsak är det i åtminstone ett smalt bälte, snarare än i en bred kontinuerlig skiva. Som Su förklarade i en NASA pressmeddelande :
'Den höga rumsliga upplösningen hos SOFIA i kombination med den unika våglängdstäckningen och det imponerande dynamiska omfånget hos FORCAST-kameran gjorde att vi kunde lösa det varma utsläppet kring eps Eri, vilket bekräftar modellen som lokaliserade det varma materialet nära den jovianska planetens omloppsbana. Dessutom behövs ett planetariskt massobjekt för att stoppa dammskiktet från den yttre zonen, liknande Neptunus roll i vårt solsystem. Det är verkligen imponerande hur eps Eri, en mycket yngre version av vårt solsystem, sätts ihop som vårt.”
Dessa observationer möjliggjordes tack vare SOFIAs ombordteleskop, som har en större diameter än Spitzer – 2,5 meter (100 tum) jämfört med Spitzers 0,85 m (33,5 tum). Detta möjliggjorde mycket större upplösning, vilket teamet använde för att urskilja detaljer inom Epsilon Eridani-systemet som var tre gånger mindre än vad som hade observerats med Spitzer-data.
Dessutom använde teamet sig av SOFIAs kraftfulla mellaninfraröda kamera – den Infraröd kamera med svagt föremål för SOFIA-teleskopet (FORTSÄTTNING). Detta instrument gjorde det möjligt för teamet att studera de starkaste infraröda utsläppen från det varma materialet runt stjärnan som annars inte går att upptäcka av markbaserade observatorier – vid våglängder mellan 25-40 mikron.
Denna konstnärs uppfattning om Epsilon Eridani-systemet, det närmaste stjärnsystemet vars struktur liknar ett ungt solsystem. Kredit: NASA/JPL/Caltech
Dessa observationer indikerar vidare att Epsilon Eridani-systemet är mycket likt vårt eget, om än i yngre form. Förutom att ha asteroidbälten och en skräpskiva som liknar vårt huvudbälte och Kuiperbälte, verkar det som att det sannolikt har fler planeter som väntar på att hittas i mellanrummen. Som sådan kan studiet av detta system hjälpa astronomer att lära sig saker om historien om vårt eget solsystem.
Massimo Marengo, en av hans medförfattare till studien, är docent vid Institutionen för fysik och astronomi vid Iowa State University. Som han förklarade på ett universitet i Iowa pressmeddelande :
'Den här stjärnan är värd för ett planetsystem som för närvarande genomgår samma katastrofala processer som hände med solsystemet i dess ungdom, vid den tidpunkt då månen fick de flesta av sina kratrar, jorden fick vattnet i dess hav och de gynnsamma förhållandena för liv på vår planet sattes.'
För tillfället kommer fler studier att behöva utföras på detta närliggande stjärnsystem för att lära sig mer om dess struktur och bekräfta att det finns fler planeter. Och det förväntas att utplaceringen av nästa generations instrument – som James Webb rymdteleskop , planerad att lanseras i oktober 2018 – kommer att vara till stor hjälp i det avseendet.
'Priset i slutet av denna väg är att förstå den sanna strukturen av Epsilon Eridanis skiva som inte är den här världen, och dess interaktioner med kohorten av planeter som sannolikt lever i dess system,' skrev Marengo i en nyhetsbrev om projektet. 'SOFIA, genom sin unika förmåga att fånga infrarött ljus på den torra stratosfärhimlen, är det närmaste vi har en tidsmaskin, och avslöjar en glimt av jordens gamla förflutna genom att observera nutiden av en närliggande ung sol.'
Vidare läsning: NASA, IAState, The Astronomical Journal