Wissenschaftler auf der Suche nach Fossilien der Planetenentstehung entdecken unerwartete Exzentrizitäten in einer nahe gelegenen Trümmerscheibe

Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen zum ersten Mal die Trümmerscheibe des nahen Sterns HD 53143 bei Millimeterwellenlängen abgebildet, und es sieht nicht so aus, wie sie es erwartet hatten. Basierend auf frühen koronografischen Daten erwarteten die Wissenschaftler, dass ALMA die Trümmerscheibe als einen mit Staubklumpen gespickten frontalen Ring bestätigen würde. Stattdessen nahmen die Beobachtungen eine überraschende Wendung und enthüllten die komplizierteste und exzentrischste Trümmerscheibe, die bisher beobachtet wurde. Die Beobachtungen waren heute vorgestellt in einer Pressekonferenz auf dem 240. Treffen der American Astronomical Society (AAS) in Pasadena, Kalifornien, und wird in einer der nächsten Ausgaben von veröffentlicht Die Briefe des astrophysikalischen Journals (ApJL).

HD 53143 – ein etwa Milliarden Jahre alter sonnenähnlicher Stern, der sich 59,8 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Carina befindet – wurde erstmals 2006 mit der koronografischen Advanced Camera for Surveys am Hubble Space Telescope (HST) beobachtet. Das ist er auch umgeben von einer Trümmerscheibe – einem Gürtel aus Kometen, die einen Stern umkreisen, die ständig kollidieren und sich zu kleinerem Staub und Trümmern zermahlen –, von dem Wissenschaftler früher glaubten, dass es sich um einen frontalen Ring handelt, der der Trümmerscheibe ähnelt, die unsere Sonne umgibt, besser bekannt als der Kuipergürtel.

Die neuen Beobachtungen von HD 53143 wurden mit den hochempfindlichen Band-6-Empfängern von ALMA gemacht, einem Observatorium, das mit dem National Radio Astronomy Observatory (NRAO) der US National Science Foundation kooperiert, und haben gezeigt, dass die Trümmerscheibe des Sternensystems tatsächlich sehr exzentrisch ist . In ringförmigen Trümmerscheiben befindet sich der Stern typischerweise in oder nahe der Mitte der Scheibe. Aber in elliptisch geformten exzentrischen Scheiben befindet sich der Stern in einem Brennpunkt der Ellipse, weit entfernt vom Zentrum der Scheibe. Dies ist bei HD 53143 der Fall, das in früheren koronagrafischen Studien nicht beobachtet wurde, da Koronagrafen absichtlich das Licht eines Sterns blockieren, um Objekte in der Nähe klarer zu sehen. Das Sternensystem kann auch eine zweite Scheibe und mindestens einen Planeten beherbergen.

„Bis jetzt hatten Wissenschaftler noch nie eine Trümmerscheibe mit einer so komplizierten Struktur gesehen. Sie ist nicht nur eine Ellipse mit einem Stern in einem Brennpunkt, sondern hat wahrscheinlich auch eine zweite innere Scheibe, die relativ zur äußeren Scheibe falsch ausgerichtet oder geneigt ist.“ sagte Meredith MacGregor, Assistenzprofessorin am Center for Astrophysics and Space Astronomy (CASA) und Department of Astrophysical and Planetary Sciences (APS) an der CU Boulder und Hauptautorin der Studie. „Um diese Struktur zu erzeugen, muss es einen oder mehrere Planeten im System geben, die das Material in der Scheibe gravitativ stören.“

Dieses Maß an Exzentrizität, sagte MacGregor, macht HD 53143 zur bisher exzentrischsten Trümmerscheibe, die doppelt so exzentrisch ist wie die Fomalhaut-Trümmerscheibe, die MacGregor 2017 mit ALMA vollständig bei Millimeterwellenlängen abgebildet hat. „Bisher haben wir nichts gefunden viele Scheiben mit einer signifikanten Exzentrizität. Im Allgemeinen erwarten wir nicht, dass Scheiben sehr exzentrisch sind, es sei denn, etwas, wie ein Planet, formt sie und zwingt sie dazu, exzentrisch zu sein. Ohne diese Kraft neigen Umlaufbahnen dazu, kreisförmig zu werden, wie wir es sehen in unserem eigenen Sonnensystem.“

Wichtig ist, dass MacGregor feststellt, dass Trümmerscheiben nicht nur Ansammlungen von Staub und Steinen im Weltraum sind. Sie sind eine historische Aufzeichnung der Planetenentstehung und wie sich Planetensysteme im Laufe der Zeit entwickeln. und einen Blick in ihre Zukunft gewähren. „Wir können die Entstehung der Erde und des Sonnensystems nicht direkt untersuchen, aber wir können andere Systeme untersuchen, die unserem eigenen ähnlich, aber jünger erscheinen. Es ist ein bisschen wie ein Blick in die Vergangenheit“, sagte sie. „Trümmerscheiben sind der fossile Nachweis der Planetenentstehung, und dieses neue Ergebnis bestätigt, dass es noch viel mehr aus diesen Systemen zu lernen gibt und dass dieses Wissen einen Einblick in die komplizierte Dynamik junger Sternensysteme geben kann, die unserem eigenen Sonnensystem ähneln. “

Dr. Joe Pesce, NSF-Programmbeauftragter für ALMA, fügte hinzu: „Wir finden Planeten, wohin wir auch schauen, und diese fabelhaften Ergebnisse von ALMA zeigen uns, wie Planeten entstehen – sowohl um andere Sterne als auch in unserem eigenen Sonnensystem. Diese Forschung zeigt es wie die Astronomie funktioniert und wie Fortschritte gemacht werden, was nicht nur unser Wissen über das Gebiet, sondern auch über uns selbst beeinflusst.“