Ett moln av skräp i universum

 

De flesta planeter och månar i vårt solsystem  formades genom kollisioner av materia tidigt under solsystemets historia. Genom att slås ihop kan steniga kroppar ackumulera mer material öka i storlek eller brytas isär till bitar.

Astronomer har använt data från NASA:s numera pensionerade rymdteleskop Spitzer för att finna bevis i dess insamlade datamängd av kollisioner av detta slag runt unga stjärnor där planeter bildas. Observationerna gav dock inte många bevis på sammanslagningar eller storleken av material där.

I en ny studie i Astrophysical Journal rapporterar dessa  astronomer som leddes av Kate Su vid University of Arizona de första observationerna i ett skräpmoln  framför en stjärna där ljuset vid passagen då kort blockerades. Astronomer kallar det för en transitering.

Tillsammans med kunskap om stjärnans storlek och ljusstyrka gjordes observationerna det möjligt för forskarna att bestämma molnets storlek kort efter kollisioner och uppskatta storleken på de objekt som kolliderade och hur snabbt molnet skingrades.

Det var  2015 ett team lett av Su de började göra rutinmässiga observationer av en 10 miljoner år gammal stjärna som heter HD 166191. 

 Runt stjärnan har damm som blivit över vid dess bildande klumpat ihop sig och bildat sten i skilda storlekar vilka kan bli början till framtida planeter. Då gasen som tidigare fyllde utrymmet mellan dessa objekt har skingrats ses kollisioner mellan stenar lättare och blir vanligare. I sökandet efter bevis på någon kollision runt HD 166191 använde teamet data från Spitzer för att genomföra mer än 100 observationer under 2015 och 2019.

Spitzer sökte i det infraröda vågfältet som är något längre än vad mänskliga ögon kan se. Infrarött är idealisk för att upptäcka damm inklusive skräp som skapas vid protoplanetkollisioner.

I mitten av 2018 upptäckte Spitzer att HD 166191-systemet blev betydligt ljusare vilket tydde på en ökning av skräpproduktion. Under den tiden upptäckte Spitzer då ett skräpmoln som blockerade stjärnans ljus. Genom att kombinera Spitzers observation av transiteringen med observationer av teleskop på marken kunde teamet härleda storleken och formen av skräpmolnet.

Molnet upptäcktes vara långsträckt och täckte ett uppskattat område minst tre gånger större än stjärnan. Mängden infrarött ljus från det tyder dock på att endast en liten del av molnet passerade framför stjärnan och att skräpet täckte ett område hundratals gånger större än stjärnans (i uttunnad form).

För att konstruera ett så stort moln måste objekten vid huvudkollisionen ha varit lika stora som dvärgplaneter som ex Vesta i vårt solsystem – ett objekt som är 530 kilometer i diameter och som finns i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter.

Den första sammandrabbningen genererade tillräckligt med energi och värme för att förånga in en del av materialet. Det utlöste också en kedjereaktion av stötar mellan fragment från den första kollisionen och andra mindre kroppar i systemet vilket sannolikt skapade dammolnet.

Under de närmaste månaderna växte dammolnet i storlek uttunnades och blev mer genomskinligt vilket indikerar att damm och annat skräp snabbt spred sig över hela stjärnsystemet. 2019 var molnet som passerade framför stjärnan inte längre synligt men systemet innehöll dubbelt så mycket damm som det hade tidigare. Denna upptäckt kan enligt studiens författare hjälpa forskare att testa teorier om hur planeter som jorden bildas och växt till i storlek.

"Genom att se på dammiga skräpskivor runt unga stjärnor kan vi se tillbaka i tiden och de processer som kan ha format vårt eget solsystem", säger Su. "När vi lär oss mer om resultatet av kollisioner i dessa system kan vi också få en bättre uppfattning om hur ofta steniga planeter bildas runt stjärnor."

Bild vikipedia på Spitzerteleskopet som fann molnet. Spitzerteleskopet  tidigare Space Infrared Telescope Facility (SIRTF)) söker över rymden i det infraröda sökfältet,  Det  sköts upp 2003, det fjärde och sista av NASA:s Stora Observatorier. År 2009 tog tillförseln av flytande helium slut, och sedan dess är teleskopet inte lika nedkylt och kan inte fotografera de längsta våglängderna.