2013.06.21. - Üstökösgyárat fedeztek fel egy fiatal csillag körül

Az ALMA antennarendszerrel először sikerült képet alkotni egy fiatal csillagot övező porkorong azon részéről, ahol a porrészecskék az üstökösök kialakulásához vezető összeolvadással növekszenek.

Az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) antennarendszerrel sikerült képet alkotni egy fiatal csillag körüli azon térrészről, ahol nagyobb méretű testek alakulhatnak ki a porrészecskék összetapadásával. Az ALMA rendkívüli érzékenységének köszönhetően ez az első alkalom, hogy ezt a porcsapdát egyértelműen észlelték - és párhuzamosan modellezték is -, egy lépessel közelebb kerülve annak a régóta fennálló problémának a megoldásához, hogy a protoplanetáris korongokban a porrészecskékből miként alakulnak ki először méteres, majd üstökös-, később pedig bolygóméretű objektumok.

A számítógépes modellek előrejelzései szerint a porszemcsék mérete ütközéseket követő összeolvadással növekszik. Ezt a folyamatot azonban akadályozza a frissen összetapadt részecskék nagy sebességű ütközése, ami gyakran újra el is aprózza őket. Ha eltekintünk ettől a folyamattól, a nagyobb szemcsékre a modellek szerint akkor is leselkedik egy nagy veszély: a gáz és a porrészecskék közti viszkozitás miatt a porszemcsék gyorsan befelé vándorolnak és végül a csillagba hullanak, esélyt sem kapva arra, hogy nagyobb testekké álljanak össze. A csillag körül tehát kell lennie egy biztonságos régiónak, ahol a porrészecskék akadálytalanul tudnak növekedni, míg elegendően nagyok nem lesznek ahhoz, hogy túléljék a veszélyes külső hatásokat. A numerikus modellek eredményei alapján megoldást a porkorongokban fellépő, tipikusan több százezer évig fennálló örvények szolgáltathatják: még a port csapdába ejtő örvények megszűnése esetén is elegendő idő áll a felgyülemlett por rendelkezésére a diszperzió előtt, hogy nagyobb testeket hozzon létre. Az elméleti úton megjósolt porcsapdák létezését eddig azonban nem sikerült észlelési bizonyítékokkal egyértelműen alátámasztani.

Az ALMA antennarendszer mérései alapján zöld szín mutatja az Oph-IRS 48 rendszer protoplanetáris korongjának porcsapdáját, ahol a mm-es porszemcsék ütközések révén növekedhetnek nagyobb, üstökösméretű testeket létrehozva. A narancssárga szín a sokkal kisebb, mikrométeres porszemcsék eloszlását mutatja az ESO VLT távcsőrendszere VISIR műszerének mérései alapján.
[ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel]

Nienke van der Marel, a Leiden Observatory PhD hallgatója és munkatársai most azonban jelentős előrelépést tettek ezen a területen, mégpedig az ALMA antennarendszer mérései alapján. Marel és kollégái a Kígyótartó csillagképben megfigyelhető, mintegy 400 fényévre található Oph-IRS 48 rendszer porkorongját vizsgálták. A mérések eredményeként azt találták, hogy a fiatal csillagot egy porgyűrű veszi körül, melynek középső részét vagy egy bolygó vagy egy csillagkísérő söpörte tisztára. Az ESO VLT távcsőrendszerével korábban végzett észlelések már jelezték, hogy a kisméretű porrészecskék szintén egy gyűrűhöz hasonló struktúrát képeznek a csillag körül, az ALMA milliméter méretű szemcsék eloszlását felfedő képe azonban ettől teljesen eltérő szerkezetet tárt fel. Marel szerint az ALMA rendkívül éles és nagyon jó jel/zaj viszonyú mérései alapján a por szerkezete a várt gyűrűalakkal szemben inkább egy kesudióra emlékeztet. Amit találtak, nem más, mint az a régió, ahol a porrészecskék csapdába estek és ütközések révén nagyobb testekké állnak össze.

Marel magyarázata szerint nagy valószínűséggel egy csillag körüli üstökösgyárat sikerült antennavégre kapniuk: ebben a régióban ugyanis megfelelőek a feltételek ahhoz, hogy a porszemcsék milliméteres méretről üstökösmag méretűre növekedjenek ütközések révén, bár a csillagtól ilyen távolságban bolygónyi objektumok vélhetőleg nem fognak összeállni. A közeli jövőben azonban az ALMA a csillagokhoz ennél jóval közelebbi régiókat is vizsgálhatja majd, ahol ugyanez a csapdázó mechanizmus működik, de ott már bolygók formálódásához is elvezethet. A porcsapda akkor alakul ki, amikor a nagyobb porrészecskék a magasabb nyomású régiók felé mozognak, a számítógépes szimulációk szerint ezek a magas nyomású területek az Oph-IRS 48 esetében is megfigyelhető központi üres régió peremén történő gázmozgás következtében alakulhatnak ki.

Fantáziarajz az Oph-IRS 48 rendszer porcsapdájáról, ahol a kicsiny porszemcsék összeolvadás útján akadálytalanul növekedhetnek méteres, vagy annál jóval nagyobb, üstökösméretű testekké.
[ESO/L. Calçada]

A csoport egyik tagja, a korongfejlődés és -modellezés egyik szaktekintélye, Cornelis Dullemond (Institute for Theoretical Astrophysics, Heidelberg) szerint az ALMA-észlelések kivételes minősége és az egyre kifinomultabb modellek összjátéka teszi kivételessé ezt a projektet, mivel a megfigyelések idején éppen a látott struktúrákat előrejelző modelleken dolgoztak, azaz ebben az esetben az elméleti és az észlelési munka nagyon hatékony egybeeséséről van szó, különösen ha azt is figyelembe vesszük, hogy a méréseket a még nem teljes egészében kiépült antennarendszerrel végezték.

Magyarországon hasonló, a porkorongokra és a bolygók keletkezésére, migrációjára vonatkozó, nagy számítógépes teljesítményt igénylő, ennek fejében azonban nagyon szép eredményeket szolgáltató modellszámításokat Regály Zsolt (MTA CSFK CSI, ELTE GAO MKK) végez.

Az eredményeket részletező szakcikk a Science magazinban jelent meg.

Forrás:

• eso1325 - Science Release