Οι «αμμοστρόβιλοι» που φτιάχνουν πλανήτες. 'Dust trap' around young star could be comet factory

Artist’s impression shows the dust trap in the system Oph-IRS 48. The dust trap provides a safe haven for the tiny rocks in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. (Credit: ESO/L. Calçada)

Διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει στρέψει τη συστοιχία τηλεσκοπίων ALMA σε ένα νεαρό άστρο γύρω από το οποίο έχει σχηματιστεί ένας δίσκος κοσμικής ύλης. Οι επιστήμονες παρατηρούν τον δίσκο με την ελπίδα ότι θα γίνουν μάρτυρες των πολύπλοκων κοσμικών διεργασιών που συντελούνται εκεί και οδηγούν στη δημιουργία πλανητών. Ήδη έχουν κάνει ορισμένες ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις.

Η κρατούσα θεωρία

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το εσωτερικό των δίσκων ύλης που σχηματίζονται γύρω από άστρα αποτελείται από αέρια και μικροσκοπικούς κόκκους σκόνης. Οι κόκκοι σκόνης ενώνονται συνεχώς μεταξύ τους σχηματίζοντας βραχώδη σώματα με μάζα μέχρι και δέκα φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Κάποια από αυτά τα σώματα ξεκινούν να συλλέγουν αέρια από τον δίσκο και τελικά μετατρέπονται σε πυρήνες γιγάντων αερίου όπως ο Δίας.

Οι κοσμικές «αντιφάσεις»

Όμως οι προσομοιώσεις δημιουργίας πλανητών από τους δίσκους ύλης έχουν δημιουργήσει πονοκεφάλους στους επιστήμονες. Τα μοντέλα δείχνουν ότι οι μάζες που αρχίζουν να σχηματίζονται μέσα στον δίσκο όσο περισσότερο διογκώνονται τόσο περισσότερο επιβραδύνεται η ταχύτητα τους καθώς κινούνται μέσα στα αέρια και τη σκόνη. Οι μάζες αυτές σταματούν κάποια στιγμή να περιδιαβαίνουν τον δίσκο και αρχίζουν να κινούνται προς το άστρο. Σύμφωνα με τα μοντέλα η πορεία αυτή έχει δύο πιθανές καταλήξεις. Οι μάζες είτε συγκρούονται μεταξύ τους και διαλύονται είτε μπαίνουν σε μια διαδικασία αυτοκαταστροφικής περιδίνησης.

Τα μοντέλα δείχνουν επίσης ότι όσο πιο μακριά από το άστρο σχηματίζεται μια μάζα τόσο πιο μικρό είναι το μέγεθος της πριν ξεκινήσει να κινείται προς αυτό. Σε άστρα όπως ο Ήλιος, οι μάζες που σχηματίζονται σε αποστάσεις παρόμοιες με αυτή της Γης από το άστρο μας δεν μπορούν να μεγαλώσουν περισσότερο από ένα μέτρο σε διάμετρο. Αυτό σημαίνει ότι σε αποστάσεις όπως αυτές που βρίσκεται ο Ποσειδώνας οι μάζες που θα μπορούσαν να αποτελέσουν πυρήνες ενός πλανήτη δεν μπορούν να αναπτυχθούν περισσότερο από μόλις ένα χιλιοστό.

Η παγίδα της σκόνης

This image from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) shows the dust trap in the disc that surrounds the system Oph-IRS 48. The high asymmetry of the dust emission between the southern and northern part of the disc (at least a factor of 130) is indicative of the presence of such a dust trap. The dust trap provides a safe haven for tiny particles in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Κάποιοι επιστήμονες είναι θιασώτες μια θεωρίας που δίνει λύση σε αυτό το κοσμικό αδιέξοδο. Σύμφωνα με αυτήν, στο εσωτερικό του δίσκου υπάρχουν διαφορές πίεσης οι οποίες δημιουργούν στροβίλους. Οι στρόβιλοι αυτοί παγιδεύουν τη σκόνη και της επιτρέπουν να σχηματίζει μάζες μεγέθους τέτοιου ώστε να μην μπουν σε οποιαδήποτε διαδικασία αυτοκαταστροφής.

Η γιγάντια μάζα

This image from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) shows the dust trap in the disc that surrounds the system Oph-IRS 48. The dust trap provides a safe haven for tiny particles in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. The green region shows where the larger particles are located (millimetre-sized) and is the dust trap seen discovered by ALMA. The orange ring shows observations of much finer dust particles (micron-sized) using the VISIR instrument on ESO's Very Large Telescope. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Οι ερευνητές έστρεψαν το ALMA στο άστρο Oph IRS 48 και εντόπισαν έναν τέτοιο στρόβιλο στις εξωτερικές περιοχές του δίσκου της ύλης. Παλαιότερες παρατηρήσεις στο συγκεκριμένο άστρο και τον δίσκο του έχουν υποδείξει την παρουσία ενός γιγάντιου σώματος με μάζα δέκα φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Δία. Η μάζα αυτή βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το άστρο και σύμφωνα με τους ειδικούς «καθαρίζει» οτιδήποτε υπάρχει στην περιοχή που κινείται.

Οι ερευνητές παρατηρούν τον δίσκο σε τρία μήκη κύματος, ένα στο οποίο εντοπίζονται μόνο τα αέρια του δίσκου, ένα όπου εντοπίζονται οι κόκκοι σκόνης άνω του ενός χιλιοστού και ένα όπου εντοπίζονται οι μικρότεροι κόκκοι σκόνης. Όπως διαπιστώθηκε οι μεγαλύτερου μεγέθους κόκκοι σκόνης είναι συγκεντρωμένοι σε μια πλευρά του άστρου σε  διάταξη ημισελήνου, γεγονός που πιθανώς οφείλεται στην παρουσία ενός στροβίλου. «Το ενδιαφέρον σε αυτή την έρευνα είναι ότι βρήκαμε έναν δίσκο όπου οι μεγαλύτεροι σε μέγεθος κόκκοι σκόνης είναι συγκεντρωμένοι σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κάποιος μηχανισμός που τους κρατά εκεί» αναφέρει η Νίνκε βαν ντερ Μάρελ του Αστεροσκοπείου Leiden στην Ολλανδία, μέλος της ερευνητικής ομάδας. H μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».