Astronomer har brugt en ny metode til at bestemme massen af planetarisk planteskole omkring stjernen TW Hydrae. På en afstand af kun 176 lysår fra Jorden er dette den nærmeste stjerne, der i øjeblikket danner nye planeter.
Hvor egyptologer har deres Rosetta Stone og genetikere deres Drosophila-frugtfluer, har astronomer, der studerer planetdannelse, TW Hydrae: Et let tilgængeligt prøveobjekt med potentiale til at danne grundlag for et helt studieområde. TW Hydrae er en ung stjerne med omtrent den samme masse som Solen. Det er omgivet af en protoplanetær disk: en disk med tæt gas og støv, hvori små kerner af is og støv klumper sig sammen for at danne større genstande og til sidst til planeter. Dette blev, hvordan vores solsystem blev til for mere end 4 milliarder år siden.
Det, der er specielt med TW Hydrae-disken, er dens nærhed til Jorden: i en afstand af 176 lysår fra Jorden er denne disk to og en halv gang tættere på os end de næste nærmeste prøver, hvilket giver astronomer en enestående udsigt af dette meget interessante eksemplar - hvis kun figurativt, fordi disken er for lille til at dukke op på et billede; dens tilstedeværelse og egenskaber kan kun udledes ved at sammenligne lys modtaget fra systemet ved forskellige bølgelængder (det vil sige objektets spektrum) med forudsigelsen af modeller.
Kunstnerens indtryk af gas- og støvskiven omkring den unge stjerne TW Hydrae. Nye målinger ved hjælp af Herschel-rumteleskopet har vist, at massen på disken er større end tidligere antaget. Billedkredit: Axel M. Quetz (MPIA)
Som følge heraf har TW Hydrae en af de hyppigst observerede protoplanetære diske af alle, og dens observationer er en nøgle til at teste aktuelle modeller for planetdannelse. Derfor var det især irriterende, at en af de grundlæggende parametre på disken forblev temmelig usikker: Den samlede masse af den molekylære brintgas indeholdt i disken. Denne masseværdi er afgørende for at bestemme, hvor mange og hvilke slags planeter der kan forventes at danne.
Tidligere massebestemmelser var stærkt afhængige af modelantagelser; resultaterne havde betydelige fejlbjælker, der spænder over et masseområde mellem 0,5 og 63 Jupiter-masser. De nye målinger udnytter det faktum, at ikke alle brintmolekyler er skabt lige: Nogle meget få af dem indeholder et deuteriumatom - hvor den atomære kerne af brint består af et enkelt proton, deuterium har en ekstra neutron. Denne lette ændring betyder, at disse “hydrogendeuterid” -molekyler bestående af et deuterium og et almindeligt hydrogenatom udsender betydelig infrarød stråling relateret til molekylets rotation.
Herschel-rumteleskopet giver den unikke kombination af følsomhed ved de krævede bølgelængder og spektrumoptagelsesevne (“spektral opløsning”), der kræves til at detektere de usædvanlige molekyler. Observationen sætter en nedre grænse for diskmassen ved 52 Jupiter-masser, med en usikkerhed, der er ti gange mindre end tidligere resultat. Mens TW Hydrae anslås at være relativt gammel for et stjernesystem med disk (mellem 3 og 10 millioner år), viser dette, at der stadig er rigelig med stof på disken til at danne et planetarisk system større end vores eget (som opstod fra en meget lettere disk).
På dette grundlag lover yderligere observationer, især med millimeter / submillimeter-array ALMA i Chile, meget mere detaljerede fremtidige diskmodeller for TW Hydrae - og følgelig meget strengere test af teorier om planetdannelse.
Observationer kaster også et interessant lys på, hvordan videnskab udføres - og hvordan det ikke bør gøres. Thomas Henning forklarer: ”Dette projekt startede i afslappet samtale mellem Ted Bergin, Ewine van Dishoek og mig. Vi indså, at Herschel var vores eneste chance for at observere brintdeuterid på denne disk - alt for god mulighed for at gå videre. Men vi indså også, at vi ville tage en risiko. Mindst en model forudsagde, at vi ikke skulle have set noget! I stedet var resultaterne meget bedre, end vi havde våget at håbe. ”
TW Hydrae har en klar lektion for de udvalg, der afsætter midler til videnskabelige projekter eller, i tilfælde af astronomi, observerer tid på større teleskoper - og som undertiden har en ret konservativ holdning, hvilket praktisk kræver, at ansøgeren garanterer, at deres projekt fungerer. Hennings ord: ”Hvis der ikke er nogen chance for, at dit projekt kan mislykkes, gør du sandsynligvis ikke særlig interessant videnskab. TW Hydrae er et godt eksempel på, hvordan en beregnet videnskabelig gamble kan betale sig. ”
Via Max-Planck Institut for Astronomi