En ny enhet på W.M. Keck Observatory på Hawaii har levererat sina första bilder, visar en ring av planetbildande damm runt en stjärna, och separat, en cool, stjärnliknande kropp, kallas en brun dvärg, liggande nära dess följeslagare.

Enheten, kallas en virvelkoronagraf, installerades nyligen inuti NIRC2 (Near Infrared Camera 2), arbetshästens infraröda bildkamera på Keck. Den har potential att avbilda planetsystem och bruna dvärgar närmare sina värdstjärnor än något annat instrument i världen.

"Virvelkoronagrafen tillåter oss att titta in i områdena runt stjärnor där jätteplaneter som Jupiter och Saturnus antas bildas, " sa Dmitri Mawet, forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory och Caltech, båda i Pasadena. "Före nu, vi kunde bara avbilda gasjättar som är födda mycket längre ut. Med virveln, vi kommer att kunna se planeter kretsa lika nära sina stjärnor som Jupiter är vår sol, eller ungefär två till tre gånger närmare än vad som var möjligt tidigare."

De nya virvelresultaten presenteras i två artiklar, båda publicerade i januarinumret 2017 av Astronomisk tidskrift . En studie, ledd av Gene Serabyn från JPL, den övergripande ledningen för Keck vortexprojektet, presenterar den första direkta bilden av den bruna dvärgen som heter HIP79124 B. Denna bruna dvärg ligger 23 astronomiska enheter från en stjärna (en astronomisk enhet är avståndet mellan vår sol och jorden) i en närliggande stjärnbildande region som kallas Scorpius-Centaurus.

"Förmågan att se mycket nära stjärnor gör det också möjligt för oss att söka efter planeter runt mer avlägsna stjärnor, där planeterna och stjärnorna skulle synas närmare varandra. Att ha förmågan att kartlägga avlägsna stjärnor efter planeter är viktigt för att fånga planeter som fortfarande bildas, " sa Serabyn. Han ledde också ett team som testade en föregångare till vortexanordningen på Hale-teleskopet vid Caltechs Palomar-observatorium, nära San Diego. 2010, teamet säkrade högkontrastbilder av tre planeter som kretsar i de avlägsna delarna av stjärnsystemet HR8799.

Den andra vortexstudien, leds av Mawet, presenterar en bild av den innersta av tre ringar av dammiga, planetbildande material runt den unga stjärnan som heter HD141569A. Resultaten, i kombination med infraröd data från NASA:s Spitzer- och WISE-uppdrag, och Europeiska rymdorganisationens Herschel-uppdrag, avslöja att stjärnans planetbildande material består av småstensstora olivinkorn, ett av de vanligaste silikaterna i jordens mantel. Data visar också att temperaturen på den innersta ringen som avbildas av virveln är ungefär minus 280 grader Fahrenheit (100 Kelvin, eller minus 173 grader Celsius), lite varmare än vårt asteroidbälte.

"De tre ringarna runt denna unga stjärna är kapslade som ryska dockor och genomgår dramatiska förändringar som påminner om planetbildning, " sa Mawet. "Vi har visat att silikatkorn har agglomererat till småsten, som är byggstenarna för planetembryon."

Om virvelkoronagrafen

Virveln uppfanns 2005 av Mawet när han var vid universitetet i Liège i Belgien. Keck vortex coronagraph byggdes av en kombination av universitetet i Liège, Uppsala universitet i Sverige, JPL och Caltech.

De första vetenskapliga bilderna och resultaten från virvelinstrumentet visar dess förmåga att avbilda planetbildande regioner dolda under stjärnornas bländning. Stjärnor överglänser planeter med en faktor på några tusen till några miljarder, gör det svaga ljuset på planeter mycket svårt att se, speciellt för planeter som ligger nära sina stjärnor. För att hantera denna utmaning, forskare har uppfunnit instrument som kallas koronagrafer, som vanligtvis använder små masker för att blockera stjärnljuset, ungefär som att blockera den ljusa solen med handen eller ett bilvisir för att se bättre.

Det som gör vortexkoronagrafen unik är att den inte blockerar stjärnljuset med en mask, utan istället omdirigerar ljuset bort från detektorerna med hjälp av en teknik där ljusvågor kombineras och elimineras. Eftersom virveln inte kräver en ockultmask, det har fördelen att ta bilder av regioner närmare stjärnor än andra koronagrafer. Mawet liknar processen vid en storms öga.

"Instrumentet kallas en virvelkoronagraf eftersom stjärnljuset är centrerat på en optisk singularitet, som skapar ett mörkt hål vid platsen för bilden av stjärnan, " sade Mawet. "Orkaner har en singularitet i sina centra där vindhastigheterna sjunker till noll - stormens öga. Vår virvelkoronagraf är i grunden ögat i en optisk storm dit vi skickar stjärnljuset."

Vad är nästa för virveln

I framtiden, virveln kommer att titta på många fler unga planetsystem, i synnerhet planeter nära "frostlinjerna, "som är området runt en stjärna där temperaturen är tillräckligt låg för flyktiga molekyler, som vatten, metan och koldioxid, att kondensera till fasta isiga korn. Frostlinjen tros dela upp ett solsystem i regioner där planeter sannolikt kommer att bli steniga eller gasjättar. Undersökningar av frostlinjeregionen av vortexkoronagrafen kommer att hjälpa till att svara på pågående pussel om en klass av heta, jätteplaneter som finns extremt nära sina stjärnor - de "heta Jupiters, " och "heta Neptunes." Formades dessa planeter först nära frostlinjen och migrerade in, eller bildades de precis bredvid sina stjärnor? "Med lite tur, vi kan fånga planeter i färd med att migrera genom den planetbildande skivan, genom att titta på dessa mycket unga föremål, " sa Mawet.

"Virtexens kraft ligger i dess förmåga att avbilda planeter mycket nära sin stjärna, något som vi inte kan göra för jordliknande planeter ännu, " sa Serabyn. "Virvelkoronagrafen kan vara nyckeln till att ta de första bilderna av en ljusblå prick som vår egen."