ดาวรุ่งโตเร็วขึ้น

ภาพใหม่จากกล้องโทรทรรศน์ซูบารุของญี่ปุ่นแสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์อายุน้อยที่อยู่ใกล้สิ้นสุดวัยเร็วแค่ไหน ช่องว่างนั้นอยู่ห่างจากดาวฤกษ์เป็นวงโคจรของดาวเสาร์และมันก็ให้หลักฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีที่ว่าแผ่นวัสดุวิวัฒนาการรอบดาวฤกษ์อายุน้อย

นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวแห่งชาติของญี่ปุ่นและ Max Planck Institute for Astronomy ใช้กล้องโทรทรรศน์ซูบารุบน Mauna Kea, Hawai'i เพื่อค้นพบหลุมในดิสก์ของก๊าซและฝุ่นล้อมรอบ ดาว. การมีอยู่ของช่องว่างขนาดใหญ่นี้ซึ่งมีขนาดประมาณวงโคจรของดาวเสาร์นั้นสนับสนุนทฤษฎีที่ว่าดาวฤกษ์อายุน้อยดวงนี้สิ้นสุดวัยเด็กอย่างกระทันหันโดยการแตกตัวเป็นไอออนและผลักก๊าซออกไปในดิสก์ที่มันเกิดมา

ทีมนำโดยดร. มิวะโกโตะและศาสตราจารย์โทโมริโอะอุดะใช้ประโยชน์จากความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ยอดเยี่ยมซึ่งได้รับจากระบบออปติกที่ปรับได้และกล้องอินฟราเรดและสเปกโตรกราฟ (IRCS) บน Subaru เพื่อแก้ไขส่วนที่อยู่ด้านในสุดของ HD 141569A สายการปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ทราบกันดีว่าดิสก์นั้นมีอยู่จากการศึกษาก่อนหน้าของฝุ่นรอบดาวฤกษ์ จากการศึกษาก๊าซการศึกษาใหม่ได้กำหนดขนาดของการล้างภายในในดิสก์อย่างประสบความสำเร็จ

การปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) ในดิสก์รอบ HD 141569A ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 320 ปีแสงแผ่ออกไปเป็นระยะทางห้าสิบเท่าของขนาดวงโคจรของโลก (ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์เรียกว่าหน่วยทางดาราศาสตร์ในระบบสุริยะของเรารัศมีวงโคจรของเนปจูนประมาณ 30 AU) มันค่อยๆแข็งแกร่งขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงส่วนด้านในที่อยู่ใกล้กับดาวมากที่สุด การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่จุดสูงสุดประมาณ 15 AU จากนั้นก็ลดลงถึงดาวกลาง “ ตอนนี้เรารู้แล้วว่ามีแก๊สตัวเล็ก ๆ เหลืออยู่ใน 11 แผ่นในของ AU” Usuda กล่าว “ กล่าวอีกอย่างหนึ่งว่า HD 141569A ได้พัฒนาหลุมที่ใจกลางดิสก์แก๊สโมเลกุลของมันใหญ่กว่าขนาดของวงโคจรของดาวเสาร์อย่างเต็มที่

“ ขนาดของรูนั้นมีความสำคัญมาก” โกโตะกล่าว“ เพราะมันจะจำกัดความเป็นไปได้ของวิธีที่รูจะมาอยู่ในตำแหน่งแรก”

ในทางทฤษฎีดิสก์ดาวฤกษ์อาจมีช่องด้านในที่สร้างขึ้นโดยการปิดสายในสนามแม่เหล็กของดาวฤกษ์ซึ่งจะตัดแผ่นดิสก์ออก สิ่งนี้เรียกว่าการตัดสนามแม่เหล็กและสามารถอธิบายได้ว่าทำไมถึงมีช่องว่างในฝุ่น อย่างไรก็ตามขนาดของการถูกตัดทอนจะต้องมีขนาดเล็กกว่ามากเท่าขนาดหน่วยด้านดาราศาสตร์หนึ่งร้อยหรือขนาดของดาวเองดังนั้นสิ่งนี้จึงไม่สามารถอธิบายการสังเกตการณ์ปัจจุบันได้

การทำลายของฝุ่นโดยการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์ในกระบวนการที่เรียกว่าการระเหิดก็สามารถสร้างหลุมภายในในดิสก์ได้ อีกครั้งรัศมีที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจากกิจกรรมดังกล่าวนั้นเล็กเกินไปประมาณหนึ่งในสิบของรัศมีการโคจรของโลกเพื่อพิจารณาหาช่องว่างกลางของ HD 141569A

คำอธิบายที่ดีที่สุดสำหรับขนาดของช่องกลางของ HD 141569A นั้นมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันสอดคล้องกับรัศมีความโน้มถ่วงของดาว นี่คือรัศมีที่ความเร็วเสียงของการปล่อยก๊าซไอออไนซ์จากดาวเท่ากับความเร็วหลบหนีจากดาว กล่าวอีกนัยหนึ่งก๊าซนอกรัศมีความโน้มถ่วงสามารถหลบหนีออกจากระบบได้อย่างอิสระเมื่อมีการแตกตัวเป็นไอออน ก๊าซในดิสก์นั้นหนาแน่นที่สุดในรัศมีความโน้มถ่วงและได้รับรังสีจากดาวกลางมากกว่าส่วนนอก การสูญเสียมวลของดิสก์ผ่านการระเหยด้วยแสงจึงมีประสิทธิภาพมากที่สุดในรัศมีความโน้มถ่วง

สเกลขนาดใกล้เคียงกันของช่องด้านในของดิสก์ HD 141569A และรัศมีความโน้มถ่วงประมาณ 18 หน่วยทางดาราศาสตร์บ่งชี้ว่าการเปิดนั้นเกิดจากการระเหยด้วยแสงก๊าซจะถูกทำให้เป็นไอออนและผลักออกไป นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าโดยทั่วไปแล้วการระเหยของภาพถ่ายนั้นมีประสิทธิภาพในการลบดิสก์ออกจากดาวฤกษ์อายุน้อยแม้ว่ากระบวนการอื่นอาจเกิดขึ้นได้ (เช่นการซ้อนของวัตถุเป็นกระจุกเรียกว่าการเพิ่มความหนืด)

ภาพเชิงทฤษฎีนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การสังเกตปัจจุบันเป็นภาพแรกที่เสนอหลักฐานชัดเจนเพื่อสนับสนุนทฤษฎีนี้ ในภาพนี้ดิสก์วงรอบดวงดาวจะไม่ระเหยจากภูมิภาคที่อยู่ติดกับดาวกลางทันที แต่หลุมที่มีขนาดใหญ่เท่ากับรัศมีความโน้มถ่วงของดาวจะปรากฏขึ้นมากหรือน้อยในทันทีและจากนั้นจะขยายใหญ่ขึ้นจนกระทั่งดิสก์และศักยภาพในการก่อตัวดาวเคราะห์หายไป

บทบาทของดิสก์ Circumstellar
ดาวเกิดเมื่อรวบรวมก๊าซภายในกลุ่มเมฆโมเลกุล ก๊าซส่วนใหญ่อยู่ในรูปของไฮโดรเจนโมเลกุล เนื่องจากก๊าซมีโมเมนตัมเชิงมุมจึงไม่สามารถลงจอดบนพื้นผิวของดาวฤกษ์ได้โดยตรง แต่มันก่อให้เกิดโครงสร้างคล้ายดิสก์บาง ๆ รอบดาวฤกษ์และค่อยๆสูญเสียโมเมนตัมในขณะที่มันโคจรรอบดาวฤกษ์และในที่สุดดาวก็สามารถดึงมันมาได้หากไม่มี "จานดาวฤกษ์" ซึ่งเป็นดาวไม่สามารถรวบรวมมวลจาก เมฆเกิดของมัน

นอกเหนือจากฟังก์ชั่นการจ่ายก๊าซสำหรับการก่อตัวดาวฤกษ์ดิสก์ดาวฤกษ์ยังให้วัตถุดิบสำหรับดาวเคราะห์ด้วย วัสดุที่เหลือจากการก่อตัวดาวฤกษ์ค่อยๆติดกันทำก้อนกรวดและหิน สะสมเหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อสร้างวัตถุที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเช่นดาวเคราะห์น้อยกว้าง 100 เมตร วัสดุทั้งหมดนี้ยังคงหมุนรอบดาวฤกษ์ในขณะที่มันเติบโตเป็นวัตถุขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ในที่สุดหากเงื่อนไขถูกต้องกระบวนการเพิ่มนี้จะสร้างดาวเคราะห์หินคล้ายกับโลก

การศึกษาเชิงสังเกตการณ์ล่าสุดของดิสก์ circumstellar ได้รับประโยชน์จากการปล่อยความร้อนและแสงที่กระจัดกระจายจากวัสดุที่เป็นของแข็งในดิสก์ อย่างไรก็ตามในช่วงต้นของการมีอยู่ของดิสก์ของแข็งเหล่านี้ประกอบด้วยเพียงประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของมวลดิสก์ทั้งหมด ส่วนที่เหลือยังอยู่ในสถานะก๊าซและส่วนใหญ่อยู่ในรูปโมเลกุล (เช่นคาร์บอนมอนอกไซด์) การดูดิสก์และศึกษาส่วนประกอบของคาร์บอนมอนอกไซด์แทนที่จะเป็นฝุ่นละอองหมายความว่าเรากำลังดูดิสก์ก๊าซซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของดิสก์

ดิสก์ดาวฤกษ์มีอยู่เพียงช่วงเวลาสั้น ๆ ในขณะที่ดาวฤกษ์ใจกลางกำลังรวบรวมก๊าซจากมัน เพื่อให้เข้าใจว่าดิสก์วิวัฒนาการอย่างไรให้จินตนาการว่าอายุการใช้งานทั้งหมดของดาวฤกษ์มีอายุเพียงร้อยปี ดิสก์ที่ล้อมรอบจะมีอยู่จากสามวันถึงหนึ่งเดือนก่อนที่มันจะสลายไปโดยสิ้นเชิง ดาวมีโอกาสเดียวที่จะก่อตัวระบบดาวเคราะห์ในช่วงชีวิตที่ค่อนข้างสั้นของดิสก์ดาวฤกษ์ หากการแผ่รังสีไอออนิกจากดาวฤกษ์ป้องกันไม่ให้ฝุ่นดิสก์สะสมอยู่ในดาวเคราะห์ก่อนที่มันจะสลายตัวโอกาสของดาวฤกษ์ที่จะกลายเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะจะหายไปตลอดกาล เมื่อใดและอย่างไรดิสก์จะกระจายตัวดังนั้นจึงมีผลกระทบโดยตรงต่อความเป็นไปได้ของการก่อตัวของดาวเคราะห์

ผลลัพธ์เหล่านี้จะถูกเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ในปลายปี 2549 หรือต้นปี 2550

หัวข้องานวิจัย: ขอบด้านในของดิสก์โมเลกุลแก้ปัญหาในสายการปล่อยก๊าซ CO, M. Goto, T. Usuda, C. P. Dullemond, Th. Henning, H. Linz, B. Stecklum และ H. Suto

กลุ่มวิจัย: มิวะโกโตะ (สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แม็กซ์พลังค์ไฮเดลเบิร์ก, เยอรมนี) โทโมริโนะอุดะดะ (กล้องโทรทรรศน์ซูบารุ, NAOJ) C. P Dullemong (MPIA) Henning (MPIA) H. Linz (MPIA) B. Stecklum (MPIA) ฮิโรชิซูโต (NAOJ)

ที่มาต้นฉบับ: ข่าว Subaru