De inre röda områdena representerar dammet i skivan, tros formas till ringar genom att bilda planeter. Det bredare blå området är kolmonoxidgasen (CO) i skivan. Den inre gröna regionen visar den mer sällsynta 13C17O-gasen som forskarna har upptäckt för första gången. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Booth och kollegor, University of Leeds
Astronomer som använder ett av de mest avancerade radioteleskopen har upptäckt en sällsynt molekyl i damm- och gasskivan runt en ung stjärna – och den kan ge ett svar på en av gåtorna som astronomerna står inför.
Stjärnan, heter HD 163296, ligger 330 ljusår från jorden och har bildats under de senaste sex miljoner åren.
Den är omgiven av en skiva av damm och gas — en så kallad protoplanetär skiva. Det är inom dessa skivor som unga planeter föds. Med hjälp av ett radioteleskop i Atacamaöknen i Chile, forskare kunde upptäcka en extremt svag signal som visar förekomsten av en sällsynt form av kolmonoxid – känd som en isotopolog ( 13 C 17 O).
Detekteringen har möjliggjort ett internationellt samarbete mellan forskare, leds av University of Leeds, att mäta massan av gasen i skivan mer exakt än någonsin tidigare. Resultaten visar att skivan är mycket tyngre - eller mer "massiv" - än man tidigare trott.
Alice Booth, en Ph.D. forskare vid Leeds som ledde studien, sa:"Våra nya observationer visade att det fanns mellan två och sex gånger mer massa gömd i skivan än vad tidigare observationer kunde mäta.
"Detta är ett viktigt fynd när det gäller födelsen av planetsystem i skivor - om de innehåller mer gas, då har de mer byggmaterial för att bilda mer massiva planeter."
Studien—Den första upptäckten av 13 C 17 O i en protoplanetarisk skiva:ett robust spår av skivgasmassa — publiceras idag i Astrofysiska tidskriftsbrev .
Forskarnas slutsatser är väl tajmade. Nya observationer av protoplanetära skivor har förbryllat astronomer eftersom de inte verkade innehålla tillräckligt med gas och damm för att skapa de observerade planeterna.
När unga planeter växer inom dessa skivor skapar de luckor, leder till en struktur av koncentriska ringar. Kredit:ESO/L. Calçada
Dr John Ilee, en forskare vid Leeds som också var involverad i studien, tillade:"Masskillnaden mellan skiva och exoplanet väcker allvarliga frågor om hur och när planeter bildas. om andra skivor döljer liknande mängder massa som HD 163296, då kan vi bara ha underskattat deras massor tills nu."
"Vi kan mäta skivmassorna genom att titta på hur mycket ljus som avges av molekyler som kolmonoxid. Om skivorna är tillräckligt täta, då kan de blockera ljuset som avges av vanligare former av kolmonoxid – och det kan resultera i att forskare underskattar massan av gasen som finns.
"Denna studie har använt en teknik för att observera det mycket sällsynta 13 C 17 O molekyl - och det har gjort det möjligt för oss att titta djupt in i skivan och hitta en tidigare gömd reservoar av gas."
Forskarna använde sig av ett av de mest sofistikerade radioteleskopen i världen - Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) - högt uppe i Atacamaöknen.
ALMA kan observera ljus som är osynligt för blotta ögat, låter astronomer se det som kallas det "kalla universum" - de delar av rymden som inte är synliga med hjälp av optiska teleskop.
Booth sa:"Vårt arbete visar det fantastiska bidrag som ALMA ger till vår förståelse av universum. Det hjälper till att bygga en mer exakt bild av fysiken som leder till bildandet av nya planeter. Detta hjälper oss naturligtvis att förstå hur Solen System och jord kom till."
Forskarna planerar redan nästa steg i sitt arbete.
Booth tillade:"Vi misstänker att ALMA kommer att tillåta oss att observera denna sällsynta form av CO i många andra skivor. Genom att göra det, vi kan mer exakt mäta deras massa, och avgöra om forskare systematiskt har underskattat hur mycket materia de innehåller."
