Volgens de Nebula-hypothese vormen sterren en hun planetenstelsels zich uit gigantische wolken stof en gas. Nadat de zwaartekracht in het midden (waardoor de ster is ontstaan) is ingestort, vormt de resterende materie een aanwasschijf in een baan eromheen. In de loop van de tijd wordt deze materie aan de ster toegevoerd - waardoor deze massiever wordt - en leidt ook tot de oprichting van een planetenstelsel.
En tot deze week was de Nebula-hypothese precies dat. Gezien de afstand en het feit dat de vorming van sterrenstelsels miljarden jaren in beslag neemt, is het vrij moeilijk om het proces in verschillende stadia te zien. Maar dankzij de inspanningen van een team van onderzoekers uit de Verenigde Staten en Taiwan hebben astronomen nu het eerste duidelijke beeld vastgelegd van een jonge ster omringd door een accretieschijf.
Zoals ze in hun paper uitlegden - "Eerste detectie van equatoriale donkere stofstroken in een protostellaire schijf bij een millimeter golflengte", dat onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Wetenschappelijke vooruitgang - deze schijven zijn vanwege hun kleine afmetingen moeilijk ruimtelijk op te lossen. Door echter de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) te gebruiken - die een ongekende resolutie biedt - waren ze in staat om de schijf van een ster op te lossen en deze in detail te bestuderen.
Het protostellaire systeem in kwestie staat bekend als HH 212, een jong zonnestelsel (40.000 jaar oud) in het sterrenbeeld Orion, ongeveer 1300 lichtjaar van de aarde verwijderd. Dit sterrensysteem staat bekend om zijn krachtige bipolaire straal - d.w.z. de continue stromen van geïoniseerd gas uit zijn polen - waarvan wordt aangenomen dat het ervoor zorgt dat materie efficiënter wordt geaccumuleerd. Vanwege zijn leeftijd en zijn positie ten opzichte van de aarde is dit protostar-systeem in het verleden een populair doelwit geweest voor astronomen.
Kortom, het feit dat het zich nog in een vroege fase van vorming bevindt (en het feit dat het van rand kan worden gezien) maakt het sterrenstelsel ideaal voor het bestuderen van de evolutie van sterren met een lage massa. Eerdere zoekopdrachten hadden echter een maximale resolutie van 200 AU, wat betekende dat astronomen slechts een hint van een kleine stoffige schijf konden krijgen. Deze schijf verscheen als een afgeplatte envelop, die in het midden naar de protoster draaide.
Maar met de resolutie van ALMA (8 AU, of 25 keer hoger), kon het onderzoeksteam niet alleen de accretieschijf detecteren, maar ook de stofemissies bij submillimeter-golflengte ruimtelijk oplossen. Zoals Chin-Fei Lee - een research fellow aan het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) in Taiwan en de hoofdauteur op papier - zei in een ALMA-persbericht:
“Het is zo geweldig om zo'n gedetailleerde structuur te zien van een zeer jonge accretieschijf. Al vele jaren zijn astronomen in de eerste fase van stervorming op zoek naar accretieschijven om hun structuur te bepalen, hoe ze worden gevormd en hoe het accretieproces plaatsvindt. Nu we de ALMA gebruiken met zijn volledige resolutievermogen, detecteren we niet alleen een accretieschijf, maar lossen we deze, met name de verticale structuur, ook in detail op. ”
Wat ze waarnamen was een schijf met een straal van ongeveer 60 astronomische eenheden, die iets groter is dan de afstand van de zon en de buitenrand van de Kuipergordel (50 AU). Ze merkten ook op dat de schijf was aangetast door silicaatmineralen, ijzer en andere interstellaire materie, en bestond uit een prominente equatoriale donkere laag die was ingeklemd tussen twee helderdere lagen.
Dit contrast tussen lichte en donkere secties was te wijten aan relatief lage temperaturen en een hoge optische diepte nabij het centrale vlak van de schijf. Ondertussen vertoonden de lagen boven en onder het centrale vlak een grotere absorptie in zowel de optische als nabij-infrarode lichtgolflengten. Vanwege dit gelaagde uiterlijk beschreef het onderzoeksteam het als "een hamburger".
Deze waarnemingen zijn opwindend nieuws voor de astronomische gemeenschap, en niet alleen omdat ze een primeur zijn. Daarnaast bieden ze ook een nieuwe kans om kleine schijven rond de jongste protosterren te bestuderen. En met het soort beeldvorming met hoge resolutie dat mogelijk is gemaakt door ALMA en andere telescopen van de volgende generatie, zullen astronomen nieuwe en sterkere beperkingen kunnen opleggen aan theorieën met betrekking tot schijfvorming.
Zoals Zhi-Yun Li van de Universiteit van Virginia (de co-auteur van de studie) het verwoordde:
“In de vroegste fase van stervorming zijn er theoretische problemen bij het maken van een dergelijke schijf, omdat magnetische velden de rotatie van instortend materiaal kunnen vertragen, waardoor wordt voorkomen dat een dergelijke schijf zich rond een zeer jonge protoster vormt. Deze nieuwe bevinding impliceert dat het vertragende effect van magnetische velden bij schijfvorming mogelijk niet zo efficiënt is als we eerder dachten. ”
Een kans om sterren en planetenstelsels in hun vroegste vormingsfase te bekijken en een kans om onze theorieën te testen over hoe het allemaal is gedaan? Absoluut niet iets dat elke dag gebeurt!
En geniet zeker van deze video van de observatie, met dank aan ALMA en verteld door Dr. Lee:
