Konstnärens illustration av epsilon Eridani -systemet som visar Epsilon Eridani b, höger förgrund, en planet med Jupitermassa som kretsar kring sin moderstjärna vid ytterkanten av ett asteroidbälte. I bakgrunden syns ytterligare ett smalt asteroid- eller kometbälte plus ett yttersta bälte som är lika stort som vårt solsystems Kuiperbälte. Likheten mellan Epsilon Eridani-systemets struktur och vårt solsystem är anmärkningsvärd, även om Epsilon Eridani är mycket yngre än vår sol. SOFIA-observationer bekräftade förekomsten av asteroidbältet som gränsar till den jovianska planetens omloppsbana. Kredit:Illustration av NASA/SOFIA/Lynette Cook.
NASA:s SOFIA-flygplan, en 747 lastad med ett 2,5-meters teleskop i ryggen och avlägsnat de flesta bekvämligheter på framsidan, tog en stor u-sväng över Stilla havet väster om Mexiko.
Flygplanet Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy hade precis börjat andra halvan av ett övernattningsuppdrag den 28 januari, 2015. Den vände norrut för en flygning hela vägen till västra Oregon, sedan hem till NASA:s Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Kalifornien. Längs vägen, piloter styrde planet för att rikta teleskopet mot en närliggande stjärna.
Massimo Marengo från Iowa State University och andra astronomer var ombord för att observera uppdraget och samla in infraröd data om stjärnan.
Den stjärnan heter epsilon Eridani. Det är cirka 10 ljusår från solen. Det liknar vår sol, men en femtedel av åldern. Och astronomer tror att det kan berätta mycket om utvecklingen av vårt solsystem.
Marengo, en Iowa State docent i fysik och astronomi, och andra astronomer har studerat stjärnan och dess planetsystem sedan 2004. I en vetenskaplig artikel från 2009, astronomerna använde data från NASA:s Spitzer Space Telescope för att beskriva stjärnans skiva av fint damm och skräp som blivit över från bildningen av planeter och kollisioner mellan asteroider och kometer. De rapporterade att skivan innehöll separata bälten av asteroider, liknande asteroid- och Kuiperbälten i vårt solsystem.
NASA:s SOFIA -flygplan före ett flyg 2015 för att observera en närliggande stjärna. Kredit:Massimo Marengo/Iowa State University
Efterföljande studier av andra astronomer ifrågasatte detta fynd.
En ny vetenskaplig artikel, precis publicerad online av The Astronomical Journal , använder SOFIA- och Spitzer -data för att bekräfta att det finns separata inre och yttre diskstrukturer. Astronomerna rapporterar att ytterligare studier kommer att behöva avgöra om den inre skivan innehåller ett eller två skräpbälten.
Kate Su, en associerad astronom vid University of Arizona och universitetets Steward Observatory, är tidningens huvudförfattare. Marengo är en av tidningens nio medförfattare.
Marengo sa att fynden är viktiga eftersom de bekräftar att epsilon Eridani är en bra modell av vårt solsystems tidiga dagar och kan ge tips om hur vårt solsystem utvecklades.
"Denna stjärna är värd för ett planetsystem som för närvarande genomgår samma katastrofala processer som hände med solsystemet i dess ungdom, vid den tidpunkt då månen fick de flesta av sina kratrar, Jorden fick vattnet i sina hav, och de gynnsamma förutsättningarna för livet på vår planet var satta, "Marengo skrev i en sammanfattning av projektet.
Astronomer, vänster till höger, Massimo Marengo, Andrew Helton och Kate Su studerar bilder av epsilon Eridani under sitt SOFIA-uppdrag. Kredit:Massimo Marengo/Iowa State University
En stor bidragande orsak till de nya fynden var data som togs under SOFIAs flygning i januari 2015. Marengo gick med Su på den kalla och bullriga flygningen vid 45, 000 fot, över nästan all atmosfärisk vattenånga som absorberar det infraröda ljuset som astronomer behöver för att se planeter och planetskräp.
Att bestämma skivans struktur var en komplex ansträngning som tog flera år och detaljerad datormodellering. Astronomerna var tvungna att skilja skivans svaga emission från det mycket starkare ljuset som kom från stjärnan.
"Men vi kan nu med stort förtroende säga att det finns en separation mellan stjärnans inre och yttre bälten, "Marengo sa." Det finns ett gap som troligen skapas av planeter. Vi har inte upptäckt dem ännu, men jag skulle bli förvånad om de inte är där. Att se dem kommer att kräva att du använder nästa generations instrumentering, kanske NASA:s 6,5-meter James Webb rymdteleskop planerat att lanseras i oktober 2018."
Det är mycket tid och uppmärksamhet på en stjärna i närheten och dess skräpskiva. Men Marengo sa att det verkligen tar astronomer tillbaka i tiden.
"Priset i slutet av denna väg är att förstå den sanna strukturen av epsilon Eridanis skiva som inte är den här världen, och dess interaktioner med kohorten av planeter som sannolikt bebor dess system, "Marengo skrev i ett nyhetsbrev om projektet." SOFIA, genom sin unika förmåga att fånga infrarött ljus på den torra stratosfärhimlen, är det närmaste vi har en tidsmaskin, avslöjar en glimt av jordens gamla förflutna genom att observera nutiden av en närliggande ung sol. "
