Fenomenet med heta stoftringar – en ansamling av submikrometerstora partiklar i omedelbar närhet av stjärnor – upptäcktes först utanför vårt solsystem 2006. De bildas så nära stjärnor att de kan nå temperaturer på upp till 1, 000 grader Celsius. Dock, dammpartiklarna är svåra att observera på grund av sin lilla storlek, och deras ursprung är fortfarande okänt.

För första gången, detta fenomen har nu observerats i ett nytt våglängdsområde med den extremt höga upplösningen av instrumentet MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared Spectro Scopic Experiment) vid Paranal Observatory of European Southern Observatory (ESO) i Chile. Inblandade var också arbetsgruppen Star and Planet Formation vid Kiel University. Deras resultat, nyligen publicerad i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society Letters , ge en central grund för ytterligare studier för att förklara fenomenet med dessa dammringar.

Unika observationer i ett våglängdsområde som inte tidigare var tillgängliga

Dammringar, även känd som "dammskivor" eller "skräpband, " är ett resultat av kollisioner av skräp och små kroppar som finns kvar efter bildandet av planeter - detta har varit känt i flera decennier. I vårt solsystem, till exempel, en sådan ansamling kan hittas mellan Mars och Jupiters banor, det så kallade "asteroidbältet". Dock, de heta dammringarna nära stjärnor som upptäcktes 2006 är ett mysterium. Hur skulle de kunna bildas och överleva i miljarder år under de extrema förhållanden som de utsätts för?

Exakt information om deras rumsliga struktur och materialsammansättning skulle kunna bidra till att bättre förstå fenomenet med heta dammringar och deras bildande. De nu publicerade observationerna med MATISSE är ett centralt steg mot detta, hoppas forskarna. "Vi kunde observera de heta dammringarna inte bara med hög upplösning utan också i våglängdsområdet runt 3 mikrometer, där dessa ringar är särskilt ljusa, säger Sebastian Wolf, Professor i astrofysik och chef för forskargruppen Star and Planet Formation vid Kiel University. "Detta område var inte tillgängligt med tidigare observationsinstrument och det ger oss nu en unik inblick i detta fenomen."

Wolfs forskargrupp ingår i ett internationellt konsortium av forskare från Tyskland, Frankrike, Nederländerna och Österrike som hade utvecklat observationsinstrumentet MATISSE under en period av tolv år. Under 2019, världens mest kraftfulla mellaninfraröda interferometriska instrument togs i drift vid VLTI (Very Large Telescope Interferometer) vid European Southern Observatory (ESO) i Chile. Upp till fyra teleskop kan användas för att registrera den infraröda strålningen från himlaobjekt – den här mätmetoden kallas interferometri. Det gör att forskarna inte får direkta bilder av föremålen, men från den tekniska mätningen, slutsatser kan dras om deras utseende och egenskaper. Genom att kombinera fyra teleskop, MATISSE uppnår en enorm upplösning, vilket skulle motsvara ett 200-meters teleskop. Med MATISSEs oöverträffade precision, insikter i den tidigaste utvecklingen av planeter och i slutändan bildandet av solsystemet är möjliga.

Forskargruppen, som inkluderade forskare från University College London, Large Binocular Telescope Observatory i Tucson (USA) och University of Arizona, Cˆote d'Azur och Jena, liksom Kiel, observerade stjärnan Kappa Tucanae. Det ligger i stjärnbilden "Tukan, " som bara är synlig från det södra halvklotet. Stjärnan är ungefär två miljarder år gammal – mindre än hälften så gammal som vår sol – och ungefär 69 ljusår från jorden. Baserat på nu insamlade data, forskarna kunde bestämma den exakta positionen för dammringen runt "Kappa Tucanae" och dammets egenskaper.

Resultaten möjliggör ytterligare forskning för damringarnas ursprung

"Den information är viktiga krav för att hitta ursprunget till fenomenet, säger Dr Florian Kirchschlager, första författare, tidigare forskningsassistent i Wolfs grupp och nu anställd vid University College London. "Vi är naturligtvis särskilt glada över att det här också är de första uppgifterna från instrumentet som överhuvudtaget har publicerats." Som en del av hans forskning vid Kiel University, Kirchschlager genomförde förstudien på observationerna av "Kappa Tucanae." Eftersom dammringar inte bara är små i astronomisk mening utan också relativt svaga. "Det här var utmanande, även för MATISSE. Det faktum att observationerna ändå var framgångsrika understryker instrumentets unika potential, " betonar medförfattaren Dr. Steve Ertel, som var Ph.D. student i Wolfs forskargrupp och arbetar nu vid University of Arizona.

"De observationsdata som nu samlas in och utvärderas utgör grunden för vår fortsatta forskning om en förklaringsmodell för de heta dammringarna, säger Wolf, biträdande talesman i forskningsenheten FÖR 2285 "Debris Disks in Planetary Systems, " som är baserad på Friedrich Schiller University Jena under ledning av professor Alexander Krivov.