I skivorna av damm och gaser runt unga stjärnor, mystiska strukturer uppstår. Tillsammans med professor Ewine van Dishoeck, Ph.D. student Paolo Cazzoletti undersöker hur vi kan förklara dessa former, såsom ringar, spiraler och hål. Den 12 december, han kommer att försvara sin avhandling.

Sedan upptäckten av den första exoplaneten på 90-talet, mer än 4000 exoplaneter har hittats. Planeter bildas i protoplanetära skivor runt unga stjärnor. "Först, dammet klumpar ihop sig till korn som gradvis växer till storleken av småsten och så småningom till stenar och planeter, " berättar Cazzoletti. "Om de är tillräckligt stora och tunga, de kan attrahera gas från skivan och i vissa fall växa till gasjättar som Jupiter och Saturnus."

Hästskor och bananer

I de första teleskopobservationerna, protoplanetära skivor verkade jämna och symmetriska. Men detta förändrades för cirka sju år sedan. Genom att använda Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) radioteleskop i Chile, astronomer kunde observera skivorna mer i detalj. "Dessa observationer visade att de inte är symmetriska och jämna, " säger Cazzoletti. "Vi såg strukturer och former, som hål, ringar och hästsko- och bananformade understrukturer. Det var en överraskning."

Den vanligaste förklaringen till detta är närvaron av en eller flera planeter. Dessa kan interagera med damm och gas i skivan, skapa strukturerna. Men färre planeter hittades än nödvändigt för att förklara alla damm- och gasstrukturer. Cazzoletti:"Detta gör strukturerna mer mystiska. Vi var tvungna att leta efter andra förklaringar."

Dammvirvlar

I sin forskning om förklaringar till strukturerna, Cazzoletti bygger vidare på sin magisteruppsats. "Jag har varit intresserad av dessa planetskivor ett tag nu, " säger han. "Och kunskapen från min magisterforskning verkade passa bra in i de två första kapitlen i min avhandling."

För sin Ph.D., han studerade, bland annat, ALMA observationer av HD 135344B, en skiva runt en ung stjärna. Denna skiva är inte symmetrisk. På den södra sidan finns en bananformad struktur. Det ser ut som en slags dammvirvel. Vidare, små dammpartiklar i skivans övre skikt bildar spiralarmar. Astronomer trodde till en början att dessa orsakades av närvaron av planeter i det yttre området av skivan. Men inga planeter hittades. Cazzoletti beskriver i sin avhandling hur spiralarmarna kan skapas av den asymmetriska dammvirveln. Om så är fallet, bara en planet, nära stjärnan, behövs för att förklara resten av den observerade strukturen.

Hål eller inga hål?

Utöver detta observationsarbete, Cazzoletti utförde också teoretisk forskning för att förklara ringformade strukturer i gasen från protoplanetära skivor. För det här syftet, han fokuserade på cyanidmolekyler. "Det finns två möjligheter genom vilka vi ser dessa ringformade gasstrukturer, " säger Cazzoletti. "Det kan orsakas av ett ringformat hål i skivan.

Eller så finns det inget hål, men det verkar bara finnas ett hål på grund av cyanidmolekylernas kemi och hur de avger ljus." Genom att analysera teoretiska modeller, han upptäckte att de observerade ringformerna inte är relaterade till formen på dammskivan. "De är främst kemiska hål eftersom det finns mindre cyanid i närheten av moderstjärnan."

Mer kunskap om exoplaneter

Cazzolettis Ph.D. forskning bidrar till en bättre förståelse för hur strukturer skapas i protoplanetära skivor. Med denna kunskap, astronomer hoppas i framtiden få reda på hur strukturerna relaterar till bildningen av planeter och mångfalden av exoplanetära system som har observerats under de senaste tjugofem åren.

Cazzoletti själv fortsätter inte med denna forskning. Astronomer är mycket efterfrågade som dataforskare i en mängd olika organisationer. Sedan början av november, Cazzoletti har använt sin kunskap om dataanalys som dataforskare på det italienska företaget Prometeia.