Dessa två bilder från NASAs Hubble rymdteleskop, med sex års mellanrum, visa snabbrörliga materialklumpar som sveper utåt genom en skräpskiva runt ungarna, närliggande röda dvärgstjärnan AU Microscopii (AU Mic). Röda dvärgar är de mest förekommande och längsta levande stjärnorna i vår galax Vintergatan. AU Mic är cirka 23 miljoner år gammal. Den översta bilden togs 2011; botten 2017. Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) tog bilderna i synligt ljus. Denna jämförelse av de två bilderna visar den sexåriga rörelsen av en av de kända klumparna (markerade med en pil). Forskare uppskattar att klumpen, som drar fram vid nästan 15, 000 miles i timmen, reste mer än 820 miljoner miles mellan 2011 och 2017. Det är ungefär avståndet från jorden till Saturnus. Astronomer vet inte hur klumparna skjuts upp genom systemet. Så småningom, klumpen som är markerad i bilden kommer att svepa genom skivan, undkomma stjärnans gravitationsgrepp, och rasa ut i rymden. Astronomer förväntar sig att strängen av blobbar kommer att rensa ut skivan inom 1,5 miljoner år. Deras beräknade utkastningshastigheter är mellan 9, 000 miles per timme och 27, 000 miles per timme, snabb nog att undkomma stjärnans gravitationskopplingar. De sträcker sig för närvarande i avstånd från ungefär 930 miljoner miles till mer än 5,5 miljarder miles från stjärnan. Disken, sett på kanten, är upplyst av spritt ljus från stjärnan. Stjärnans sken, placerad i mitten av skivan, har blockerats av STIS-koronagrafen så att astronomer kan se mer struktur i skivan. Den ljusa punkten ovanför den vänstra sidan av skivan i 2017-bilden är en bakgrundsstjärna. Systemet finns 32 ljusår bort i den södra stjärnbilden Microscopium. Kredit:NASA, ESA, J. Wisniewski (University of Oklahoma), C. Grady (Eureka Scientific), och G. Schneider (Steward Observatory)
Stenplaneter som kretsar kring röda dvärgstjärnor kan vara bentorra och livlösa, enligt en ny studie med hjälp av NASA:s Hubble Space Telescope. Vatten och organiska föreningar, avgörande för livet som vi känner det, kan blåsa bort innan de når ytan på unga planeter.
Denna hypotes är baserad på överraskande observationer av en snabbt eroderande damm- och gasskiva som omger ungarna, närliggande röda dvärgstjärnan AU Microscopii (AU Mic) av Hubble och European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Chile. Planeter föds i skivor som denna.
Röda dvärgar, som är mindre och svagare än vår sol, är de vanligast förekommande och längsta levda stjärnorna i galaxen.
Snabbrörliga materialklumpar verkar skjuta ut partiklar från AU Mic-skivan. Om skivan fortsätter att försvinna i denna snabba takt, den kommer att vara borta om cirka 1,5 miljoner år. På den korta tiden, isigt material från kometer och asteroider kunde rensas ut ur skivan. Kometer och asteroider är viktiga eftersom de tros ha sådd steniga planeter som jorden med vatten och organiska föreningar, de kemiska byggstenarna för livet. Om samma transportsystem behövs för planeter i AU Mic-systemet, då kan de hamna "torra" och dammiga – ogästvänliga för livet som vi känner det.
"Jorden, vi vet, bildas 'torr, ' med en varm, smält yta, och ansamlat atmosfäriskt vatten och andra flyktiga ämnen i hundratals miljoner år, berikas av isigt material från kometer och asteroider som transporteras från det yttre solsystemet, " sa medutredaren Glenn Schneider från Steward Observatory i Tucson, Arizona.
Observationerna leds av John Wisniewski från University of Oklahoma i Norman, vars team består av 14 astronomer från USA och Europa.
Om aktiviteten kring AU Mic är typisk för planetens födelseprocess bland röda dvärgar, det kan ytterligare minska utsikterna för beboeliga världar i vår galax. Tidigare observationer tyder på att en ström av ultraviolett ljus från unga röda dvärgstjärnor snabbt avlägsnar atmosfären från alla planeter som kretsar runt. Denna speciella stjärna är bara 23 miljoner år gammal.
Undersökningar har visat att jordlevande planeter är vanliga runt röda dvärgar. Faktiskt, de borde innehålla huvuddelen av vår galaxs planetbefolkning, som kan räkna tiotals miljarder världar. Planeter har hittats inom den beboeliga zonen för flera närliggande röda dvärgar, men deras fysiska egenskaper är i stort sett okända.
Blåst ut av Blobs
Observationer av Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) och VLT visar att AU Mic circumstellar-skivan grävs ut av snabbt rörliga blobbar av circumstellärt material, som fungerar som en snöplog genom att trycka ut små partiklar – som eventuellt innehåller vatten och andra flyktiga ämnen – ut ur systemet. Forskare vet ännu inte hur klumparna lanserades. En teori är att kraftfulla massutstötningar från den turbulenta stjärnan drev ut dem. Sådan energisk aktivitet är vanlig bland unga röda dvärgar.
"Dessa observationer tyder på att vattenförande planeter kan vara sällsynta runt röda dvärgar eftersom alla mindre kroppar som transporterar vatten och organiska ämnen blåses ut när skivan grävs ut, " förklarade Carol Grady från Eureka Scientific i Oakland, Kalifornien, medutredare på Hubble-observationerna.
Konventionell teori hävdar att jorden för miljarder år sedan bildades som en jämförelsevis torr planet. Gravitationsstörda asteroider och kometer, rikt på vatten från det kallare yttre solsystemet, bombarderade jorden och sådde ytan med is och organiska föreningar. "Dock, denna process kanske inte fungerar i alla planetsystem, " sa Grady.
Hubble Space Telescope-bilden till vänster är en kantvy av en del av en stor skräpskiva runt ungarna, närliggande röda dvärgstjärnan AU Microscopii (AU Mic). Även om planeter kanske redan har bildats på skivan, Hubble spårar rörelsen av flera enorma materialklumpar som kan "snöploga" kvarvarande skräp ut ur systemet, inklusive kometer och asteroider. Rutan i bilden till vänster markerar en klick material som sträcker sig över och under skivan. Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) tog bilden 2018, i synligt ljus. Stjärnans sken, placerad i mitten av skivan, har blockerats av STIS-koronagrafen så att astronomer kan se mer struktur i skivan. STIS-närbilden till höger avslöjar, för första gången, detaljer i blobbymaterialet, inklusive en ögleliknande struktur och en svampformad mössa. Astronomer förväntar sig att tåget av blobbar kommer att rensa ut skivan inom bara 1,5 miljoner år. Konsekvenserna är att alla steniga planeter kan lämnas torra och livlösa, eftersom kometer och asteroider inte längre kommer att finnas tillgängliga för att glasera planeterna med vatten eller organiska föreningar. AU Mic är cirka 23 miljoner år gammal. Systemet finns 32 ljusår bort i den södra stjärnbilden Microscopium. Kredit:NASA, ESA, J. Wisniewski (University of Oklahoma), C. Grady (Eureka Scientific), och G. Schneider (Steward Observatory)
Teamet bestämde skivans livslängd genom att använda en uppskattad massa av skivan från en oberoende studie, samt beräkna massan av de flyende klumparna i deras STIS-data för synligt ljus. Massan av varje klump är ungefär fyra tiomiljondelar av jordens massa. Skivans massa - cirka 1,7 gånger mer massiv än jorden - är baserad på data som tagits av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Även om massan av de egensinniga klumparna verkar liten, diametern på varje klump kunde sträcka sig åtminstone från solen till Jupiter. För närvarande, laget har sett sex utgående blobbar, men det är möjligt att det finns en kontinuerlig ström av dem. Grupper av klumpar som tränger igenom skivan kunde sopa ut material ganska snabbt.
"Den snabba förlusten av skivan är inget jag hade förväntat mig, ", sa Grady. "Baserat på observationer av skivor runt mer lysande stjärnor, vi hade förväntat oss att skivor runt svagare röda dvärgstjärnor skulle ha en längre tidsperiod. I detta system, skivan kommer att vara borta innan stjärnan är 25 miljoner år gammal." Hon tillade att AU Mic troligen började med en yttre kant av små isiga kroppar, som Kuiperbältet som finns i vårt eget solsystem. Om skivan inte skulle eroderas, det skulle ha gett is till alla torra inre planeter.
Undersöka Blob-mysteriet
Hubble-astronomer såg klumparna i STIS-bilder med synligt ljus tagna 2010-2011. Som en uppföljning av Hubble-studien, instrumentet SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research) monterat på European Southern Observatorys Very Large Telescope i Chile, gjorde nära-infraröda observationer. Funktioner i skivan antyddes i observationer som gjordes 2004 av markbaserade teleskop och Hubbles Advanced Camera for Surveys.
Än så länge, teamet har avslöjat blobbar på skivans sydöstra sida, med beräknade utkastningshastigheter mellan 9, 000 miles per timme och 27, 000 miles per timme, snabb nog att undkomma stjärnans gravitationskopplingar. De sträcker sig för närvarande i avstånd från ungefär 930 miljoner miles till mer än 5,5 miljarder miles från stjärnan.
Hubble visar också att dessa blobbar kanske inte bara är jättekulor av dammigt skräp. Teleskopet har löst understrukturen i en av klumparna, inklusive en svampformad mössa ovanför själva skivans plan och en komplex "ögleliknande" struktur under skivan. "Dessa strukturer kan ge ledtrådar till mekanismerna som driver dessa blobbar, sa Schneider.
Systemet finns 32 ljusår bort i den södra stjärnbilden Microscopium.
"AU Mic är idealiskt placerad, ", sade Schneider. "Men det är bara ett av ungefär tre eller fyra röda dvärgsystem med kända stjärnljusspridande skivor av cirkumstellärt skräp. De andra kända systemen är vanligtvis ungefär sex gånger längre bort, så det är utmanande att genomföra en detaljerad studie av typerna av funktioner i de diskar som vi ser i AU Mic."
Dock, astronomer börjar identifiera någon möjlig liknande aktivitet i dessa andra system. "Det visar att AU Mic inte är unik, " sa Grady. "Faktiskt, du kan hävda att eftersom det är ett av de närmaste systemen av denna typ, det skulle vara osannolikt att det skulle vara unikt."
AU Mic-observationerna visar vikten av en stjärnas skivmiljö för planetbildning och evolution. "Vad vi har lärt oss är att skivor verkar vara en normal del av planetsystemens historia, " sa Grady. "Om du inte förstår en stjärnas skiva, du har ingen bra förståelse för det resulterande planetsystemet."
Grady kommer att presentera lagets resultat på en presskonferens den 8 januari, 2019, vid American Astronomical Societys 233:e möte i Seattle, Washington.
