Ringede diske betyder ikke altid planeter

Astronomer, der præsenterede på vinterens amerikanske astronomiske samfund, mødte med forsigtighed om, at de funktioner, der ofte peges på som bevis for voksende natalplaneter, kunne dannes på egen hånd.

Dette slående billede fra Atacama Large Millimeter / submillimeter Array afslører adskillige huller i den støvede disk omkring stjernen HL Tau. Det vævdede astronomer, da de blev frigivet i 2014 som et vigtigt eksempel på planetdannelse på arbejdspladsen, men siden da har andre advaret om, at hullerne muligvis ikke kommer fra babyplaneter.
ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

Når astronomer kigger ind i galaksen, opdager de i stigende grad unge stjerner med ringede, støvede diske omkring dem. Det mest ikoniske billede er måske ALMA s af HL Tau, en stjerne kun omkring en million år gammel omgivet af en stor disk med flere klare huller. Disse huller synes at være fra dannelse af planeter, som fejer støvet op, når de vokser, og renser spor.

Men hvad nu hvis disse diske ikke er, hvad de ser ud til?

Nye simuleringer fra Alexander Richert (Penn State og NASA Goddard Space Flight Center), Wladimir Lyra (California State University Northridge og Caltech) og Marc Kuchner (NASA Goddard) antyder, at interaktioner mellem stjernelys, støv og gas kan danne disse mønstre alt sammen på deres egen, ingen planet krævet.

Holdet brugte en NASA-supercomputerklynge til at simulere, hvad der sker, når en ung stjerne s ultraviolette lys interagerer med sin disk. De ultraviolette fotoner striber elektroner fra støvet, der derefter opvarmer den omgivende gas. Men varmere gas har et højere tryk. Hvis gassen er tæt nok, kan ændringen i pres skabe en trykfælde i disken, der trækker støvet ind i ringe, spiraler og buer.

Støvet varmer gassen, gassen skubber støvet, ”opsummerer Kuchner. Effekten, kaldet den fotoelektriske ustabilitet, kunne forklare mærkelige ting såsom ”bevægelige klatter” på AU Mic-disken og ringe og buer omkring HD 141569A.

”Jeg står foran dig i dag, en videnskabsmand, der er revet med konflikt, ” spøgte han med journalister under en pressekonference den 11. januar på American Astronomical Society-mødet i Washington, DC I årevis har han og hans kolleger kæmpet for at forstå, hvilke funktioner der ses i ung stjernestjerne diske fortæller os om de planeter, der formodentlig dannes der. Men nu advarer han om, at astronomer ikke bør antage, at planeter skaber disse mønstre.

NASAs Goddard Space Flight Center

Lad det sne

Tidligere samme dag foreslog Joan Najita (NOAO), at is i nogle tilfælde skylder disse diskfunktioner. Vand, kuldioxid og andre "flygtige" forbindelser er generelt i gasform tættere på stjerner, men de fryser længere væk. Hver flygtige fryser i en anden afstand fra stjernen, afstande kaldet snelinjer.

Najita peger på arbejde af Katrin Jos og Anders Johansen (Lunds universitet, Sverige), der viser, at når damp inde fra snelinien diffunderer tilbage ud forbi linjen, kan den bære små støvkorn med sig. Når det kondenserer længere ud, hænger den flygtige fast på partikler, der allerede er der, og opmuntrer støv (og planetariske byggesten, der kaldes planetesimaler) til at klumpe sig sammen. I dette scenarie kan der dannes ringe ved snelinjepositionerne, der varierer fra system til system afhængigt af stjernens lysstyrke og beskyttelsesgrad. (Tilsvarende logik kommer i spil med stjernernes beboelige zoner.)

Hvis en disks huller alle faldt på de forventede snølinjepositioner for dette system, kan det tyde på, at is er skylden, siger hun. Og faktisk svarer HL Taus ringe til placeringen af ​​forskellige islinjer i systemet - måske som forklaring på, hvorfor astronomer har haft problemer med at finde planeter i hullerne. Men det er måske ikke en simpel enten - eller: hvis gasskemi opmuntrer til planetesimal vækst i diske, er planetdannelse involveret, omend indirekte.

Hvad der bliver mere og mere tydeligt er, at en ringet disk ikke nødvendigvis betyder en planet lurer inden i.

Referencer:

Alexander JW Richert et al. “Samspillet mellem strålingstryk og den fotoelektriske ustabilitet i optisk tynde diske med gas og støv.” Sendt til arXiv.org 23. september 2017.

Marc Kuchner. “Ringe og spiraler, der dannes af sig selv: den fotoelektriske ustabilitet i skrotdiske og overgangsdiske, nu med strålingstryk.” 231. AAS-møde. Abstract 428.01.

Katrin Jos og Anders Johansen. “Iskondensation som en planetformationsmekanisme.” Astronomi & astrofysik . April 2013.

Joan Najita. “Vand i planetformende diske.” 231. AAS-møde. Abstract 301.01.