Vatten upptäckt i protoplanetär skiva runt stjärnan HL Tauri

 

Forskare har hittat vattenånga i den protoplanetära skivan runt en ung stjärna där planeter kanske  bildas. Upptäckten har möjliggjorts med teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – en samling teleskop i den chilenska Atacamaöknen. Vid University of Manchesters Jodrell Bank Centre for Astrophysics finns det brittiska ALMA Regional Centre Node (UK ARC) som stöder brittiska astronomer som använder ALMA.

Dr Anita Richards, Senior Visiting Fellow vid University of Manchester och tidigare medlem i UK ARC hade en nyckelroll i den grupp som verifierade driften av mottagarsystemet "Band 5" vilket var avgörande för att ALMA skulle kunna göra den detaljerade bilden av vattnet.

Resultatet av observationen publicerades i dagarna i tidskriften Nature Astronomy och här avslöjas en mängd av minst tre gånger så mycket vatten som i alla jordens hav tillsammans i det inre av skivan runt den solliknande stjärnan HL Tauri som finns ca 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.

Stefano Facchini, astronom vid universitetet i Milano, Italien var den som ledde studien, beskriver: "Jag hade aldrig föreställt mig att vi skulle kunna upptäcka oceaner av vattenånga i samma område där en planet sannolikt håller på att bildas."

Medförfattaren Leonardo Testi, astronom vid universitetet i Bologna, Italien, tillägger: "Det är verkligen anmärkningsvärt att vi inte bara kan upptäcka utan även fånga detaljerade bilder av vattenånga på ett avstånd av 450 ljusår från oss."

En betydande mängd vatten hittades i det område där det finns ett tomrum i HL Tauris protoplanetära skiva. En plats där en planet potentiellt kan bildas. Vattenångan här kan påverka den kemiska sammansättningen av planeter som bildas i områden som detta.

HL Tauri är en ung T Tauri-stjärna (en klass av variabla stjärnor som fått sitt namn efter prototypen -T Tauri. De finns nära molekylmoln och kan identifieras av deras optiska varierande styrka och starka kromosfäriska linjer).

Bild vikipedia En bild från superteleskopet ALMA i Chile från 2014, på planetbildningen vid stjärnan HL Tauri.

Vattens kretslopp i en protoplanetär skiva i Orionnebulosan

 

Vatten är en viktig ingrediens för uppkomsten av liv som vi förstår det. På jorden bildades det mesta av vattnet som nu finns i haven långt före solsystemets uppkomst i kalla områden i den interstellära rymden där en temperatur av -250 °C råder. En del av detta vatten kan ha förstörts och återbildats vid högre temperaturer (100-500 °C) när solsystemet fortfarande bara bestod av en protoplanetär skiva bestående av gas och stoft som kretsade kring vår unga sol som var under bildning.

Ett internationellt forskarlag där bland andra de västerländska astrofysikerna Els Peeters och Jan Cami ingick har upptäckt att en stor mängd vatten har förstörts och återbildats i en protoplanetär skiva i centrum av Orionnebulosan.

Upptäckten gjordes genom ett originellt tvärvetenskapligt tillvägagångssätt som kombinerar observationer från James Webb Space Telescope (JWST) och kvantfysikberäkningar.

"Det är så imponerande att vi på bara några pixlar av observationerna och genom att fokusera på några av linjerna kan räkna ut att ett helt hav av vatten avdunstar varje månad", beskriver Peeters, en av huvudforskarna för PDRs4All och fakultetsmedlem vid Western's Institute for Earth and Space Exploration.

För att förstå denna gåtfulla återvinning av vatten riktades det internationella astronomiteamet JWST mot "d203-506", en protoplanetär skiva som finns i Orionnebulosan. Det visade sig att den intensiva ultravioletta strålningen som produceras av massiva stjärnor leder till att vatten i d203-506 förstörs och återbildas vilket gör skivan till ett interstellärt laboratorium.

Ett samarbete med experter på kvantdynamik från Madrid Deep Space Communications Complex (Spanien) och Leidenobservatoriet (Nederländerna) blev nyckeln till att förstå hur bildandet och förstörelsen av molekyler som finns mer än 1 000 ljusår bort kunde observeras.

När vatten förstörs av ultraviolett ljus frigörs en hydroxylmolekyl, följt av en emission av fotoner och kan som upptäcktas av JWST (James Webbteleskopet). Totalt uppskattas det att vatten motsvarande alla jordens hav förstörs och återbildas i d203-506-skivan varje månad.

Men det slutar inte där. Genom en liknande mekanism avslöjar JWST att hydroxyl som är en viktig mellanprodukt i bildandet av vatten också produceras i överflöd här av atomärt syre. En del av det vatten som utgör jordens hav kan ha gått igenom en cykel likt ovan.

Studien, som är en del av PDRs4All Early Release Science-programmet leds av doktoranden Marion Zannese vid University Paris-Saclay, publicerades i dagarna i Nature Astronomy.

Bild vikipedia. Orionnebulosan fotograferad i synligt ljus.

En gasplanet under bildning liknar en non stop pralin

 

En ny planet börjar sitt liv i en roterande cirkel av gas och stoft (som kallas protoplanetär skiva) runt en ung sol.

Att observera protoplaneter som just bildats och fortfarande befinner sig i sina protostellära skivor är extremt svårt. Hittills har bara tre sådana unga protoplaneter kunnat observeras varav två i samma system, PDS 70. 

"Vi måste hitta system som är unga och tillräckligt nära oss för att våra teleskop ska kunna upptäcka det svaga ljuset från själva protoplaneten och skilja denna från den dammhöljda skivan. Hela processen med planetbildning varar endast några miljoner år vilket inte är mer än ett ögonblick i astrofysikalisk skala. Det betyder att vi måste ha tur för att fånga dem i rätt tid" beskriver Dimitris Stamatellos Docent i astrofysik, University of Central Lancashire.

Forskargruppens studie innehöll datorsimuleringar för att bestämma egenskaperna hos gasformiga protoplaneter under en mängd olika termiska förhållanden i en protoplanetär skiva.

Studien av simuleringen visade att protoplaneter har en form som kallas oblata sfäroider. En form som kan beskrivas bildligt som formen av en non stop karamell. Planeterna växer genom att dra gas till sig gas huvudsakligen till sina poler snarare än sin ekvator.

Tekniskt sett är planeterna i vårt solsystem också oblata sfäroider, men deras tillplattning är liten. Saturnus har en tillplattning på 10 %, Jupiter 6 %, medan jorden har 0,3 %.

Som jämförelse kan nämnas att den typiska tillplattningen av protoplaneter är 90 procent. En sådan utplattning påverkar de observerade egenskaperna hos protoplaneter och detta måste tas med i beräkningen när man tolkar observationerna av dem. Obs gäller bildning av gasplaneter.

Stenplaneter, som jorden och Mars kan inte bildas via skivinstabilitet. De tros bildas genom att långsamt samla stoftpartiklar och småsten, sten till kilometerstora meteorer som  så småningom bildar planeten (gravitation och rörelse är källan till bildningen) . De är för täta för att kunna plattas till nämnvärt även som nybildade. Det finns ingen möjlighet att jorden plattades till i så hög grad när den var ung som säkerligen ex Saturnus gjorde.

Studieresultatet om upptäckten av gasplaneters tillplattning vid dess bildande ska (om det nu inte gjorts då detta publiceras) publiceras i Astronomy and Astrophysics Letters.

Bild vikipedia på färdigbildad gasjätte genomskärningen visar en modell av det inre av Jupiter, förmodligen med en stenig kärna överlagt med ett djupt lager av metalliskt väte.

En region med vattenånga finns i närområdet av solsystemet PDS 70

PDS 70 är en mycket ung stjärna i riktning mot stjärnbilden Kentauren.  370 ljusår bort från oss. Nya rön från PDS 70 planetsystem visar att här finns  både en inre och en yttre skiva av gas och stoft  åtskilda av ett 8 miljarder kilometer gap och i det gapet finns två kända gasjätteplaneter. PDS 70b och PDS 70bc i sina egna banor. Men i PDS 70b:s bana kan ses ett  gasmoln vilket kan innehålla en trojanplanet som då ligger i samma bana som PDS 70b. (se mitt inlägg av den 28 juli)

Nya mätningar av NASA: s James Webb Space Telescopes MIRI (Mid-Infrared Instrument) har nu upptäckt vattenånga i systemets inre skiva på ett avstånd av mindre än 160 miljoner kilometer från dess sol PDS 70. En region där stenplaneter kan bildas. Detta är den första upptäckten av vatten i en region av en protoplanetär skiva som redan är känd för att vara värd för två eller flera protoplaneter.

Vatten har upptäckts i andra skivor men inte  inom ett system där planeter är under bildning. Vi kunde inte göra den här typen av mätningar före Webbteleskopet, beskriver huvudförfattaren Giulia Perotti från Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) i Heidelberg, Tyskland.

Upptäckten är extremt spännande då den finns i regionen där steniga planeter som liknar jorden vanligtvis bildas, tillade MPIA:s Thomas Henning, medförfattare till studien. Henning är medansvarig forskare för Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) med vilket  upptäckten gjordes och förste forskare i MINDS-programmet (MIRI Mid-Infrared Disk Survey) som samlade in data.

PDS 70 är en stjärna av K-typ, kallare än vår sol och som uppskattas vara 5,4 miljoner år gammal. Detta är relativt gammalt när det gäller stjärnor som har planetbildande skivor vilket gjorde upptäckten av vattenånga överraskande.

Med tiden minskar gas- och damminnehållet i planetbildande skivor. Antingen trycker den centrala stjärnans strålning och vindar bort material eller så växer stoftet till större objekt som så småningom blir planeter. Tidigare studier har inte upptäckt vatten i de centrala regionerna av liknande skivor av samma ålder, Därför  misstänkte astronomer tidigare att vatten inte klarade den hårda stjärnstrålningen utan skulle leda till en torr miljö där  stenplaneter bildas.

Astronomer har ännu inte upptäckt några planeter som bildas inuti den inre skivan av PDS 70. De ser dock råvarorna till steniga världar i form av silikater. Detekteringen av vattenånga innebär att om steniga planeter bildas här kommer de att ha vatten tillgängligt från början.

– Vi hittar en relativt hög mängd små stoftkorn där. I kombination med vår upptäckt av vattenånga är den inre skivan en mycket spännande plats, beskriver medförfattaren till studien Rens Waters vid Radboud University i Nederländerna.

Upptäckten väcker frågan om var vattnet komnit från. MINDS-teamet överväger två olika scenarier för att förklara det.

En möjlighet är att vattenmolekyler bildas på den plats vi fann dem när väte- och syreatomer kombineras. En andra möjlighet är att isbelagda dammpartiklar transporteras från den svala yttre skivan till den heta inre skivan, där vattenisen då sublimerar och förvandlas till vattenånga. Ett sådant transportsystem skulle vara förvånande eftersom dammet skulle behöva korsa det stora gapet mellan de två gasplaneterna.

En annan fråga som upptäckten väcker är hur vatten kan bestå så nära stjärnan. Stjärnans ultravioletta ljus borde bryta isär vattenmolekyler. Mest sannolikt fungerar omgivande material i form av damm och  vattenmolekyler som en skyddande sköld.

Forskarteamet kommer längre fram att använda ytterligare två av Webbs instrument, NIRCam (Near-Infrared Camera) och NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) för att studera PDS 70-systemet i ett försök att få en större förståelse av fenomenet.

Bild vikipedia. En bild av ALMA-teleskopet av en planetär skiva runt exoplaneten PDS 70c. Man misstänker även att det finns en exoplanet PDS 70d här också en såkallad trojan. Se mitt inlägg av den fredag 28 juli.

I soot-line kan det uppstå planeter - där liv kan utvecklas.

 

En astronom vid University of Michigan och hans team föreslår ett nytt sätt i sökandet efter beboeliga planeters tillblivande och då  en zon som inte tidigare beaktats: utrymmet mellan stjärnan och vad som kallas  soot-line i protoplanetära skivor  (den del som finns närmst stjärnan i en sådan skiva)

Planeter bildas i en skiva av damm som roterar runt en stjärna där de ofta  får ytor rika på flyktiga kolföreningar ( i den så kallade soot-line) vilket  skiljer sig ganska mycket från jordens yta. Dessa planeter  blir rika på organiskt kol men även vattenfattiga, enligt Ted Bergin, som ledde studien tillsammans med geokemister, planetforskare, astrokemister och exoplanetexperter.

När vi söker efter jordliknande planeter är vi intresserade inte bara av planeter som ser ut som jorden utan också av om de bildas i processer som liknar jordens tillblivelse. Nuvarande modeller av steniga exoplaneter är tolkade utifrån jordliknande atmosfäriska förhållanden och sammansättning och innehåller molekyler som är väsentliga för liv bildat av kolbaserade byggstenar och vatten. Dessa modeller fokuserar på zoner inom protoplanetära skivor som kallas islinjer, regioner som är tillräckligt avlägsna den protoplanetära skivans stjärna för att vatten ska bestå på planeten eller kunna bildas i större mängd. Islinjerna  markerar var vatten och andra nyckelmolekyler övergår från gas till fast fas eller flytande som vatten.

Jordliknande världar som vår planet, bildades av fasta ämnen. Man har länge trott att jorden, som bara innehåller cirka 0,1 viktprocent vatten, måste ha bildats innanför vattenislinjen och planeter med liv måste  ha bildats i just denna zon..

Men den typen av modell kan vara för begränsad, enligt Bergin. För att utöka sökandet efter beboeliga planeter föreslår Bergin och hans forskargrupp därför en ny modell där man tar hänsyn till soot-line, en gräns som ligger närmre stjärnan än islinjen. Mellan denna gräns och stjärnan sublimerar organiska föreningar i fast form till gas. I denna region skulle det också omfatta steniga planeter som då kan få  ett större innehåll av kol än jorden har vilket väcker frågor om vad detta innebär för livets utveckling på dessa planeter.

Det lägger till en ny dimension i vårt sökande efter planeter som kan ha liv, beskriver Bergin..

Jorden är fattig på vatten och är också kolfattig, säger Bergin. Då räknas det som   volymen i sin helhet inte bara dess yta. Vid bildandet fick Jorden sannolikt endast 1 kolatom per 100 tillgängliga av det planetbildande materialet i den protoplanetära skivan. Astronomer tror att soot-line förklarar varför jorden har så lite kol. 

Om jordens byggstenar bildades inuti soot-line, sprängde temperaturen och solstrålningen det material som skulle bilda den unga planeten och förvandlade kolrika föreningar till gas och begränsade kol i de fasta ämnen som levereras till den bildande jorden som bildades i islinjen.

Teamets modell teoretiserar även om bildandet av planeter konstruerade mellan soot-line och vattenislinjerna.

En sådan värld (konstruerad i soot-line) verkar inte finnas i vårt solsystem, men vårt solsystem är inte representativt  planetsystem runt andra stjärnor, säger Bergin. Andra planetsystem ser helt annorlunda ut. Deras planeter finns närmare solen och är mycket större i storlek där finns superjordar till mini-Neptunus, beskriver han.

De är antingen stora stenar eller små gasjättar - detta är den vanligaste typen av planetsystem. Så kanske det i  andra solsystemen i Vintergatan finns varelser  som har innehåller mer kol i sitt inre än vi har.

I sin studie modellerar teamet vad som händer då en silikatrik värld med 0,1% till 1% kol i massa och en variabel vattenhalt bildas i sotlinjeregionen. De fann att en sådan planet skulle utveckla en metanrik atmosfär genom en process som kallas utgasning. Under denna omständighet producerar organiska föreningar i en silikatrik planet en metanrik atmosfär.

Närvaron av metan ger en bördig miljö till generering av dis genom interaktioner med fotoner. Detta är analogt med den genereringen av dis från metan som sker i Saturnus största måne Titan.

Planeter som kommer till inom soot-line. En linje som finns i alla nya stjärnors protoplanetära skivor, kommer att släppa ut mer flyktigt kol från sina mantlar, enligt Bergin. Detta kan lätt leda till en naturlig produktion av dis. Sådant dis har observerats i exoplaneters atmosfärer och har potential att förändra kalkylen för vad vi anser vara beboeliga världar.

Resultaten från den tvärvetenskapliga forskargruppen publicerades i Astrophysical Journal Letters.

 

Bild pixabay.com

Bensen upptäckt i den protoplanetära skivan runt stjärnan J160532

 

Ett internationellt team av astronomer däribland flera holländska har för första gången upptäckt bensenmolekylen(C6H6) i en protoplanetär skiva runt en ung stjärna. Förutom bensen upptäcktes även något av kolföreningar men få syrerika molekyler. Observationerna tyder på att här liksom  jorden innehåller protoplanetär skivor material för att bilda stenplaneter med samma slags materia som jorden en gång fick. Forskarna publicerade nyligen sina resultat i tidskriften Nature Astronomy.

Det var runt den unga, lilla röda dvärgstjärnan J160532 (är en tiondel av solens massa) cirka 500 ljusår från oss i riktning mot stjärnbilden Skorpionen upptäckten gjordes. I protoplanetära skivor  runt unga stjärnor bildas både gas- och stenplaneter  av gas och damm. Hittills har det varit svårt att analysera vilka molekyler som finns i dessa skivors heta inre del  där majoriteten av planeterna bildas. Detta på grund av den begränsade känsligheten och spektralupplösningen hos tidigare teleskop och dess utrustning

I denna nya  forskning använde forskarna däremot data från MIRI-spektrometern ombord på James Webb Space Telescope (Webbteleskopet som ännu inte varit i tjänst ett år men är bokat för många undersökningar) . MIRI kan se in i  dammoln och är särskilt väl lämpad till att undersökningar i het som inne i  protoplanetär skivor. (MIRI-spektrometerns avancerade huvudoptik har designats och byggts av Netherlands Research School for Astronomy (NOVA).

Ovan är exakt den typ av undersökningar som MIRI-spektrometern designats för, beskriver Ewine van Dishoeck (Leiden University) en av de som var med och byggde Webbteleskopet och MIRI - instrumentet. Spektralundersökningar ger en mängd data om den kemiska och fysiska sammansättningen av protoplanetära skivor.

Förutom det  första fyndet någonsin av bensen i en protoplanetär skiva upptäckte forskarna även kolvätediacetylen (C4H2) för första gången i en sådan och utöver det en ovanligt stor mängd acetylengas (C2H2)  ett mycket reaktivt kolväte. Men det fanns väldigt lite vatten och koldioxid i skivan.

Syrerika föreningar finns dock ofta i andra slag av dammskivor därute i universum. För att identifiera de nu analyserade molekylerna krävdes ett nära samarbete med kemister vilka analyserade spektra (de kemiska fingeravtrycken) i laboratoriemiljö.

Forskarna misstänker att bensen och (di-)acetylen frigörs i skivan efter att den aktiva unga stjärnan förstört kolrika stoftkorn under sin aktivitet. De dammkorn som då finns kvar innehåller silikater med relativt lite kol. I en senare fas klumpar kornen med låg kolhalt ihop sig till större bitar. Dessa blir så småningom stenplaneter som jorden. Detta scenario kan förklara varför vår egen jord är så fattig på kol från dess bildande.

Samtidigt arbetar forskarna med data från 30 andra protoplanetära skivor runt andra unga stjärnor därute och data om ytterligare 20 av dessa  protoplanetära skivor väntas bli analyserade under 2023. Det förväntas upptäckas andra slag av molekyler från dessa och ge än mer kunskap om bildandet av planeter runt stjärnor i protoplanetära skivor från de allra minsta stjärnorna till de som är 2-3 gånger större i massa än vår sol.

Huvudförfattaren till studien Benoît Tabone (CNRS-forskare vid Université Paris-Saclay i Frankrike och tidigare affilierad Leiden University) avslutar studien med följande ord: Detta arbete ger en första glimt av de fysiska och kemiska förhållandena under vilka jordliknande planeter som vår jord bildas.

Medförfattare till studien Aditya Arabhavi, doktorand vid universitetet i Groningen, tillägger: Många fler molekyler kommer att upptäckas i skivorna antingen i skivan runt J160532 eller i andra skivor. Webbteleskopet är en upptäckarplats inte bara för astronomer, utan också för experter inom molekylfysik.

MINDS (MIRI mid-INfrared Disk Survey) Undersökningen ägde rum inom JWST Guaranteed Time Observation (GTO) -programmet MINDS. Programmet leds av Inga Kamp (Groningens universitet). Astronomer från Groningen, Leiden och Nijmegen är nära involverade. 

Bild vikipedia på en konstnärs bild av en protoplanetär skiva.

Det Saknas kolmonoxid i protoplanetära skivor.

 

Protoplanetära skivor finns runt en ny stjärna och här bildas planeter vilket gör dem till ett intressant studiemål för forskare. Astronomer har observerat att det finns  kolmonoxid i protoplanetära skivor. Föreningen är extremt ljusstark och extremt vanlig i dessa som består av damm och gas. 

Men under det senaste decenniet har man upptäckt att något inte stämt då det gäller kolmonoxidhalten som bör finnas här. En stor del av den kolmonoxid som enligt fysikens lagar ska finnas här saknas i alla observationer av de skivor man hittills observerat.

Men nyligen har dock en lösning på mysteriet uppstått genom ett tvärvetenskapligt samarbete vid UC Santa Cruz under ledning av Diana Powell vilken nyligen tog sin doktorsexamen i astrofysik vid UCSC 2021 och nu är NASA Hubble Fellow vid Center for Astrophysics | Harvard och Smithsonian.

I samarbete med Ruth Murray-Clay, Gunderson-professor i teoretisk astrofysik vid UCSC, och Xi Zhang docent i Earth and planetary sciences, utvecklade Powell en ny modell som indikerar att kolmonoxiden likväl finns där i den mängd som den bör finnas. Men den är dold i isformationer i de protoplanetära skivorna. Denna Modellösning på problemet validerades genom observationer av ALMA:s radioobservatorium. Forskarlaget har därefter rapporterat sina resultat i en artikel publicerad den 22 augusti i Nature Astronomy.

Detta kan och bör vara lösningen på ett av de största olösta problemen vi sett i protoplanetära skivor", säger Powell. "Beroende på vilket nytt solsystem som observerats är kolmonoxiden  tre till 100 gånger mindre i dessa skivor än det borde vara. Ett kolmonoxidfel kan få stora konsekvenser för astrokemin. Men nu verkar fallet löst då den försvunna kolmonoxiden hittats.

"Kolmonoxiden används i huvudsak till att spåra allt vi vet om skivorna - som massa, dess sammansättning och temperatur", förklarade Powell. "Det kan innebära att många av våra tidigare resultat av protoplanetära skivor har varit partiska och osäkra eftersom vi inte förstått dem tillräckligt bra."

Som doktorand vid UCSC studerade Powell planetbildning i protoplanetära skivor tillsammans med Murray-Clay och i ett separat projekt med Zhang studerade hon molnfysik i planetatmosfärer. Arbetet inom dessa två områden inspirerade henne att tillämpa en modelleringsmetod som används i molnfysik för att förstå bildandet av ispartiklar i protoplanetära skivor.

"Is är mycket viktiga byggstenar av planeter", förklarade Zhang.

Powell gjorde ändringar i en astrofysisk modell som används för att studera moln på exoplaneter.

"Det som verkligen är speciellt med den här modellen är att den visar detaljerad fysik för hur is bildas på partiklar", sa hon. – Alltså hur isen kärnas upp på små partiklar och sedan hur den kondenserar. Modellen spårar noggrant var isen finns vilken partikel isen finns på, hur stora partiklarna är, hur små de är och hur de rör sig.

Powell tillämpade denna anpassade modell på protoplanetära  skivor i hopp om att skapa en djupgående förståelse av hur kolmonoxid utvecklas över tid i protoplanetära skivor. För att testa modellens validitet jämförde Powell sedan dess utdata med  ALMA-observationer av kolmonoxid i fyra välstuderade skivor som har namnen TW Hya, HD 163296, DM Tau och IM Lup.

Den nya modellen radade upp sig med var och en av observationerna och visade att de fyra skivorna faktiskt inte alls saknade kolmonoxid. Det man saknat av den upptäcktes nu  dolt i is något som för närvarande inte kan upptäckas med ett optiskt teleskop.

Murray-Clay säger att de nya resultaten är ett inspirerande exempel på det tvärvetenskapliga tillvägagångssättet som främjas av UCSC: s Astrobiology Initiative. "Detta var kulmen då Diana förde in insikter från molnfysiken tillsammans med vårt arbete med protoplanetära skivor och det resulterade i detta vackra och oväntade resultat", sa hon.

"För mig var det en överraskning att den mycket småskaliga mikrofysiken hos dessa ispartiklar har en så storskalig inverkan att dess effekt kan detekteras ljusår bort i observationer av protoplanetära skivor", tillade Zhang.

Radioobservationer från ALMA observatoriet tillåter astronomer att se kolmonoxid i rymden i dess gasfas men is är mycket svårare att upptäcka med nuvarande teknik särskilt då stora isformationer, säger Powell.

Bild vikipedia. En konstnärs bild av en protoplanetär skiva.

Hur en nyskapad planet rör sig i en protoplanetär skiva.

 

En protoplanetär skiva är en roterande cirkumstellärskiva av tät gas som omger en mycket ung stjärna. Planeter som bildas är en möjlig förklaring till de ringar och luckor som observerats i dessa gas- och damm och gasskivor.

 

 Men teorin har svårt att förklara varför det är sällsynt att hitta planeter associerade med ringar. Nya superdatorsimuleringar visar däremot att efter att en planet har skapats (genom gravitation) i en ring flyttar sig denna in mot sin sol och lämnar ringen bakom sig. Detta stärker inte bara planetteorin för ringbildning, simuleringarna visar att en migrerande planet kan producera en mängd olika mönster som matchar det som faktiskt observerats som skivor.

En av världens mest kraftfulla radioteleskopsystem, ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har observerat en mängd olika mönster i täta och mindre täta ringar och luckor av dessa protoplanetära skivor. Gravitationseffekt från planeter som bildas i skivan är en teori för att förklara dessa strukturer men uppföljande observationer som letar efter planeter i ringarna har till stor del misslyckats.

I ny forskning använde ett team från Ibaraki University, Kogakuin University och Tohoku University i Japan världens mest kraftfulla superdator inom astronomi, ATERUI II vid National Astronomical Observatory of Japan för att ned denna simulera hur en planet  rör sig bort från sin ursprungliga formationsplats. Resultatet av experimentet visade att i en disk med låg viskositet rör sig inte en ring som bildats från sin ursprungliga plats runt en planet när planeten migrerar inåt.

Teamet identifierade tre distinkta faser. I fas I förblir den första ringen intakt när planeten rör sig inåt (mot solen). I fas II börjar den första ringen deformeras och en andra ring börjar bildas på planetens nya plats. I fas III försvinner den ursprungliga ringen och endast den senare ringen finns kvar.

Min tolkning ur resultatet; Ringarna består av  gas och materia som bildar planeten och effekten uppstår troligast genom gravitation. När sedan planeten vandrar vidare inåt är det solen som ger denna effekt genom sin gravitation tills en balans uppstår mellan planeten och solen och då har planeten fått sin omloppsbana (min anm.).

 

Bild från vikipedia. Den protoplanetära skivan HH-30 i Oxen, omkring 450 ljusår från jorden. Skivan sänder ut rödaktiga jetströmmar vilket är en vanlig företeelse från dessa fenomen.

Allt i en protoplanetär skiva används inte vid planetbildning. Utan………..

 

En protoplanetär skiva är en roterande cirkumstellärskiva med tät gas som omger en mycket ung stjärna. Det är materialet i denna som är grunden för planetbildning det andra är gravitationen. När ett ungt solsystem bildas är det först inte mycket mer än en ung stjärna med en roterande skiva med skräp i sin omgivning.

Man antar att detta virvlande skräp sveps ihop av gravitation och försvinner som ex en ny planet. Men en ny studie visar att mycket  innehållet )mestadels i gasform)  i skivan  möter ett annat öde. Det kastas ut ur det unga, fortfarandebildande planetsystemet genom rörelserna för att istället bli  ett interstellärt objekt eller ensam planet mellan solsystemen eller galaxerna.

Studien om detta och teorin kommer från Avi Loeb och Amir Siraj. Loeb och Siraj båda verksamma vid Center for Astrophysics (CfA) vid Harvard. Studien heter "Preliminary Evidence That Protoplanetary Disks Eject More Mass Than They Retain." tillgänglig på arxiv.org.

  Loeb och Siraj pekar på förekomsten av interstellära objekt som  "Oumuamua och 2I/Borisov och dess eventuella ursprung . Än så länge finns det inga avgörande bevis för ursprunget till dessa föremål och ursprunget är ännu ett olöst mysterium skriver de.

Men det finns som man antar i dag bara två  möjligheter till deras ursprung om man  utesluter asteroidbältet eller Orts kometmoln. Den möjligheten är överskottsmaterial vid solsystem eller planetbildning (vilket forskarna anser mycket osannolik som förklaring till interstellära objekt). Den andra är att de kommer från mycket stora avstånd och klarar denna resa över  miljarder år i tomrummet därute men det förklarar inte deras ursprung om man inte ser det som ovanstående.

Gåtan är hur många sådana objekt som finns och hur och var de uppstod. Teoretiskt kan deras ursprung komma från material som kastats ut av rörelserna i protoplanetära skivor enligt ovan. Kanske de bildades i samband med stjärnbildning och aldrig lyckades komma nära nog en galax gravitation  för att fångas i denna utan dess materia bildade själv en kropp. Detta skulle kunna vara förklaringen till Oumuamuas udda form och kan ge anledning till tanken att det kan komma fler liknande besök av mycket udda formade objekt (min anm.)Men Oumuamuas udda form kan även vara från en explosion mellan två stora planeter eller asteroider. Alternativt som en del anser och som inte helt förfalskats som teori kan Oumuamuas udda form vara ett kamouflage för en stjärnfarkost med uppdrag att rekognosera i vårt solsystem.

Bild på den protoplanetära skivan HH-30 i Oxen,omkring 450 ljusår från jorden. Skivan sänder ut rödaktiga jetströmmar, en vanlig företeelse för dessa fenomen. Bild vikipedia.

Metanol funnit i en protoplanetär skiva

 

En protoplanetär skiva är en roterande cirkumstellär skiva med tät gas som omger en mycket ung stjärna Den protoplanetära skivan kan anses vara en ackretionsskiva eftersom materia faller ner från de inre delarna av skivan till stjärnans yta. En process som inte ska blandas ihop med ackretionsprocessen som bildar planeter.

I denna skiva har astronomer identifierat molekylen metanol i de "varmare zonerna" av den protoplanetära skiva som finns runt en stjärna cirka 360 ljusår från jorden. Fyndet är betydelsefullt eftersom metanol CH3OH är en av de enklare komplexa kolbaserade molekylerna och en kemikalie som är involverad i bildandet av mer komplexa ämnen som aminosyror och proteiner.

 

Metanol identifierades av ett internationellt team av astronomer, inklusive forskare från University of Leeds då de studerade en stjärna med beteckningen HD 100546 och dess protoplanetära skiva. Det virvlande dammet och gasen. Konstellationen är cirka 10 miljoner år gammal och ligger i riktning mot den södra konstellationen av Flugans stjärnbild.

Astronomerna säger att metanol inte kan ha bildats i skivans varmare zon där temperaturen är 253 grader Celsius. Istället tror de att metanol skapades då den protoplanetära skivan bildades och damm- och gasmolnet var svalare.

Forskarna använde ALMA radioobservatoriumet högt upp i de chilenska Anderna. ALMA-observatoriet känner av elektromagnetisk strålning som avges av molekyler djupt ut i rymden. Astronomerna letade dock efter molekylen svavelmonoxid när de till sin förvåning upptäckte metanol där sådan inte antagits finnas.

Bild från vikipedia. Vy taget av Rymdteleskopet Hubble på gas- och dammskivan runt HD 100546 i synligt ljus (den protoplanetära skivan). Spiralstrukturerna kan ses. Den orange pricken markerar positionen för protoplaneten HD 100546 b som finns här ( bidad ur materia från skivan). Stjärnan själv är digitalt beräknad; De svarta punkterna och de koncentriska "vågorna" nära bildens mitt är inte riktiga objekt, utan bildartefakter som har skapats som ett resultat av bildens framställning.