Ein Eisriese und eine verzogene Scheibe? Die Geheimnisse von Weird Star werden nur noch seltsamer

Das von Hubble aufgenommene Originalbild von HD 15115 zeigte, dass die Scheibe um den Stern asymmetrisch gestreckt ist, was die Astronomen über ein Jahrzehnt lang verwirrte.

Das von Hubble aufgenommene Originalbild von HD 15115 zeigte, dass die Scheibe um den Stern asymmetrisch gestreckt ist, was die Astronomen über ein Jahrzehnt lang verwirrte. (Bildnachweis: NASA, ESA und P. Kalas (University of California, Berkeley))



Über ein Jahrzehnt lang verwirrte eine verzogene Scheibe um einen jungen Stern Astronomen – aber neue Forschungen schlagen jetzt Erklärungen für zwei der verwirrenden Geheimnisse des Sterns vor.



Ein neu entdeckter zweiter Ring im Sternensystem deutet darauf hin, dass weit weg vom Mutterstern ein Eisriese jenseits der aktuellen Erkennungstechnologie lauert. Die Forscher entdeckten auch, dass nur die kleinsten Partikel der Scheibe verzogen sind, wobei größeres Material gleichmäßiger um den Stern verteilt ist.

So begannen die Mysterien: Im Jahr 2007 Hubble-Weltraumteleskop der NASA zeigten einen schiefen Ring um den jungen Stern HD 15115, der sich etwa 150 Lichtjahre entfernt befindet, wobei eine Seite der Scheibe doppelt so weit reicht wie die andere. Astronomen schlugen eine Reihe möglicher Erklärungen für den Warp vor, darunter seltsame Schlepper von seinem entfernten Begleitstern oder Planeten aus dem System geschleudert. Aber die Wissenschaftler waren von diesen Lösungen nicht ganz überzeugt.



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In der Hoffnung, die Ursache der Asymmetrie zu entdecken, drehte Meredith MacGregor, Astronomin an der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Richtung des Sterns. Zusätzlich zu den kleineren Partikeln, die Hubble sah, die mit Gas und anderem leichten Material verwandt sind, enthüllte ALMA auch die größeren Staubpartikel, die nach der Planetenbildung übrig blieben.

'Überraschenderweise sehen wir die Asymmetrie überhaupt nicht', sagte MacGregor gegenüber demokratija.eu. 'Stattdessen sehen wir, dass es Beweise dafür gibt, dass es zwei Ringe in der Scheibe und eine Lücke dazwischen gibt.'



MacGregor präsentierte sie Ergebnisse Bei der 223. Treffen der American Astronomical Society Januar in Seattle.

Eine unsichtbare Welt

Nachdem ein Stern geboren wurde, prallen das übrig gebliebene Gas und der Staub zusammen, um Planeten zu bilden. Schließlich wird das meiste Gas und Staub entweder in den neugeborenen Welten gesammelt oder durch Sternwinde aus dem neuen System entfernt. Aber in etwa einem Viertel der Fälle verbleibt ein Teil des Materials in einem massiven Gürtel, der den Stern umgibt. Diese Trümmerscheiben sind ähnlich wie die Asteroid oder Kuiper-Gürtel in unserem Sonnensystem, aber weitaus massiver. Sie bestehen entweder aus Eis oder Gestein, je nachdem, wie nah sie an ihrem Stern liegen.

Die Bilder von ALMA zeigen, dass HD 15115 jetzt Teil eines Elite-Clubs mit zwei Mitgliedern ist, der dafür bekannt ist, zwei separate Materialbänder innerhalb einer Trümmerscheibe zu haben. Bisher hat nur ein anderer Stern, ein junger sonnenähnlicher Stern namens HD 107146, mehr als einen einzigen beobachteten Gürtel. Es ist jedoch möglich, dass andere Sterne sowohl einen Exoasteroid-Gürtel als auch einen exoKuiper Gürtel , aber dass sie zu schwach sind, um sie zu beobachten. Die aktuelle Technologie wäre nicht in der Lage, das eigene Paar von schwache Ringe .



Die beiden Riemen um den HD 15115 sind durch einen schmalen Spalt getrennt, von dem MacGregor sagte, dass er von fast allem Material gereinigt wurde. Um diese Lücke zu schließen und sie leer zu halten, bedarf es mehr als nur des Zufalls – es erfordert etwas enorm Massives. 'Die einfachste Erklärung dafür, warum Sie zwei Trümmergürtel erhalten hätten, die durch eine ausgeräumte Lücke getrennt sind, ist, dass sich in dieser Lücke eine Art Planet befindet', sagte MacGregor.

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Das nadelartige Bild von HD 15115 zeigte eine Materialscheibe, die sich auf einer Seite weiter erstreckte als auf der anderen. Astronomen gehen jetzt davon aus, dass nur die leichtesten Teilchen gestreckt werden, während größere Objekte in einer kreisförmigeren Scheibe verbleiben.

Das nadelartige Bild von HD 15115 zeigte eine Materialscheibe, die sich auf einer Seite weiter erstreckte als auf der anderen. Astronomen gehen jetzt davon aus, dass nur die leichtesten Teilchen gestreckt werden, während größere Objekte in einer kreisförmigeren Scheibe verbleiben.(Bildnachweis: NASA, ESA, G. Schneider (University of Arizona) und das HST/GO 12228 Team)

In unserem Sonnensystem wurde der eisige Kuipergürtel durch Gravitationswechselwirkungen mit Neptun geformt. Ein ähnlicher Prozess hat laut MacGregor höchstwahrscheinlich die Lücke um HD 15115 herum geformt. Aber im Moment können wir den schuldigen Planeten nicht sehen.

Das liegt daran, dass jede aktuelle Planetenjagdtechnik in Bezug auf die Art von Welten, die sie entdecken kann, begrenzt ist. Planetenjagd der NASA Kepler-Weltraumteleskop beruhte auf der Transitmethode, bei der ein Planet, der zwischen der Erde und seinem Stern vorbeifliegt, das Sternenlicht blockiert. Aufgrund der relativ kurzen Lebensdauer solcher Vermessungen und der Notwendigkeit, mehrere Durchgänge vom Planeten zu sammeln, ist die Methode auf Welten beschränkt, die in der Nähe ihres Sterns kreisen. Die Radialgeschwindigkeitsmethode misst die Gravitationskräfte, die ein Planet auf seinem Stern ausführt, aber Planeten, die ein stellares Wackeln erzeugen können, neigen dazu, größer und näher zu sein. Direkte Bildgebung kann das Leuchten von Planeten einfangen, die weit von ihrem Stern entfernt liegen, kann jedoch nur junge Welten erkennen, da ein Planet mit zunehmendem Alter abkühlt und weniger leuchtet.

All dies bedeutet, dass kühlere Eisriesen weit von ihrem Stern – Welten, die eher Uranus und Neptun als den Gasriesen Jupiter und Saturn ähneln – seltene Schätze sind.

Die neu entdeckte Lücke in HD 15115 liegt fast 60 astronomische Einheiten von seinem Stern entfernt. (Eine Astronomische Einheit (AE) ist die Entfernung zwischen Erde und Sonne.) Bei einer solchen Entfernung deuten die kalten Temperaturen darauf hin, dass jeder Planet ein Eisriese wäre. Im Moment bleiben die Größe und Masse des unsichtbaren Planeten ein Rätsel, aber MacGregor und ihre Kollegen hoffen, Modelle zu verwenden, um sie besser zu verstehen. Das Erstellen der Lücke in der richtigen Größe erfordert a Planet massiv sein, aber nicht zu massiv, sagte sie.

Mit diesen Modellen 'können Sie auf das Vorhandensein von etwas schließen, das wir sonst nicht erkennen könnten', sagte MacGregor.

Die Forschung wurde bei den Astrophysical Journal Letters eingereicht.

Ein wechselndes Bild

Die neuen Ergebnisse enthüllen nicht nur eine möglicherweise unsichtbare Welt, sondern helfen auch, ein jahrzehntealtes Rätsel hinter der seltsamen Form der Scheibe um HD 15115 zu lösen. Hubbles ursprüngliche Beobachtungen zeigten eine seltsame, nadelartige Form der Scheibe des Sterns . Die Ostseite der Scheibe erstreckt sich bis zu 315 AE, während die Westseite sich über 550 AE erstreckt und eine massive Asymmetrie erzeugt.

Hubble sah die kleinen Gaspartikel, die übriggeblieben waren, nachdem der größte Teil der ursprünglichen Scheibe weggeblasen wurde. Laut MacGregor besteht dieses Material aus kleinen, leichten Partikeln, die leicht von anderen Objekten bewegt werden können.

Im Gegensatz dazu untersuchte ALMA die größeren, schwereren Partikel, von denen sie sagte, dass sie stabiler hätten bleiben sollen. Diese Partikel zeigten, dass die Scheibe nicht ganz so unausgeglichen ist, wie es aus Hubbles Perspektive erscheint. Stattdessen sind die größeren Körner gleichmäßig um den Stern verteilt und behalten eine stabile, scheibenartige Form bei.

Ursprünglich dachten die Wissenschaftler, dass der entfernte Begleitstern von HD 15115 eine Rolle bei der Verformung der Scheibe gespielt haben könnte, mit möglichen Umlaufbahnen, die es ihm ermöglichen, vorbeizuzoomen und einen Teil des Materials wegzuziehen, um die nadelartige Struktur zu erzeugen. Oder vielleicht hat ein Vorbeiflug von einem völlig unabhängigen Stern den Trick gemacht, dachten Astronomen. Aber ein nahes Passieren des Begleitsterns oder eines frei schwebenden Nachbarn würde die größeren Partikel, die ALMA sah, nicht zurücklassen, sagte MacGregor.

Stattdessen schlug sie vor, dass der Warp von einer Kollision mit im Raum zwischen den Sternen schwebendem Material herrühren könnte. Als HD 15115 durch die Galaxie reiste, ist es möglicherweise mit einem dichten Haufen aus Staub und Gas in Kontakt gekommen. Eine solche Kollision hätte das leichtere Material verlangsamen können, während die schwereren Trümmer weiter nach vorne pflügten, was zu einer Scheibe führte, die in Hubbles Augen seltsam gestreckt war, aber nicht in ALMAs.

ALMA untersucht weiterhin Trümmerscheiben und die Forscher hoffen, dass es weiterhin mehr Sterne mit mehreren Ringen aus Material um sie herum enthüllen wird. Die Beobachtung von mehr als zwei dieser Objekte wird Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie sich Trümmerscheiben bilden und entwickeln.

'ALMA hat unser Bild von Trümmerscheiben wirklich revolutioniert', sagte MacGregor.

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