Először detektálták a hóhatárt egy csillag körüli korongban

689

A Földön a hóhatár vagy a magas hegyek ormához közel húzódó elválasztó vonal, ahol az alacsony hőmérséklet miatt a víz hó és jég formában marad meg, vagy pedig a sarkvidékek körül a sarki hó és jég birodalmát a többi területtől elválasztó határvonal (l. például a Marson a pólusok hósapkáit is).

Naprendszerünkben a vízjég gáz halmazállapotba történő átmenetének (szublimáció) lehetőségét jelölő határt is "hóhatárnak" nevezik, ami a fő kisbolygóövben a Naptól mintegy 2,8 CsE távolságban húzódik, a Mars és Jupiter pályái között. Ez a távolság a fordított folyamat, vagyis a gázból a szilárd halmazállapotba történő kondenzálódás távolsága is egyben. Egyébként bizonyos kisbolygók felszíne alatt is lehet ősidők óta szunnyadó vízjég, vagyis valamilyen értelemben "rejtett hóhatár" is lehet egy bolygórendszerben, de – a Naprendszer példáját alapul véve – ennek a csillagtól való távolsága nagyjából megegyezik a csillag fényének kitett, "szabadon lévő" vízjég által adott távolságnak.

Azonban hóhatár más gázok jegeire is értelmezhető és a csillagtól nagyon távol is húzódhat. Erre a fontos tényre az Európai Déli Obszervatórium ALMA (Atacama Millimeter/submillimeter Array) óriás antennarendszerével végzett legutóbbi megfigyelések szolgáltattak bizonyítékot. Az ALMA-val a TW Hydrae fiatal csillag körül szénmonoxid jegéből álló hóhatárt mutattak ki a csillag körüli korongban, ami egyben egy távoli, a Naprendszeren kívüli hóhatár első közvetlen megfigyelése is. A tőlünk mintegy 175 fényévre található TW Hydrae csillagtól mintegy 30 CsE-re, azaz a Neptunusz pályájának megfelelő távolságban húzódik a megfigyelt szénmonoxid-hóhatár. A TW Hydrae ALMA-val történt megfigyelését Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian) és Karin I. Öberg (Virginia Egyetem) amerikai kutatók által vezetett kutatócsoport végezte még 2012. november 19-én.

A TW Hydrae körüli korong a művész elképzelése szerint (kép: ESO, eso1333, 2013. július 18.). 

Felmerül a kérdés, hogy vajon miért ilyen messze van a csillagtól a szénmonoxid-hóhatár? Egy csillagkörüli jegekből és porból álló korongban a csillagtól távolodva először a víz fagy ki, majd a széndioxid, legtávolabb pedig a szénmonoxid, ami az illékonysága miatt csak a csillagtól távol jellemző alacsony hőmérsékleti viszonyok között maradhat meg jég formájában, a TW Hya esetén mintegy 30 CsE távolságban.

A szénmonoxid-jég nem figyelhető meg közvetlenül, csak a gáz molekula-sugárzása. Sőt, a szénmonoxid helyett a még szénmonoxid gáz jelenlétében, annak hatására könnyen szétbomló diazenil (N2H+) molekula megfigyelése a célszerűbb, mert ez jól megfigyelhető és a szénmonoxid gáz jelenlétére utaló nyomjelző. A milliméteres hullámhosszakon sugárzó diazenil ALMA-val jól megfigyelhető spektruma árulja tehát el a szénmonoxidot, s erre alapozta a megfigyeléseit a TW Hya körüli hóhatárt kimutató kutatócsoport. A diazenil sugárzása megszűnik ott, ahol a szénmonoxid jéggé kondenzálódik: ez a gáz/szilárd határ, vagyis a hóhatár.

A TW Hydrae körül korongban az ALMA által azonosított szénmonoxid-hóhatár (világos zöldes-fehér gyűrű). A távolságviszonyok érzekeltetésére összehasonlításul a kék színnel jelölt 30 CsE sugarú kör a Neptunusz pályáját szemlélteti (kép: ESO, eso1333, 2013. július 18.).

Az ALMA-val a hóhatár kimutatása nagyon jelentős lépés a következök miatt. A csillagkörüli porkorongban a porszemcsék felületén megtapadó jegek segítik a porszemcsék kis sebességű ütközései után a szemcsék egymáshoz tapadását, "ragasztását" és ezáltal a porszemcsék nagyobb testekké, üstökösmagokká, bolygócsírákká – bolygókat alkotó építőblokkokba történő összeállását, az üstökösök és bolygók kialakulását. Ez a nagy jégkoncentrációt adó hóhatár mentén nagyon gyakori folyamat lehet. Ez a folyamat a Naphoz nagyon hasonló TW Hydrae csillag körül is végbemehet és hasonló folyamat működhetett az ősi Naprendszerben is. Egyébként a TW Hydrae körül egy formálódó bolygó hatását is kimutatták korábban a Hubble-űrteleszkóp (HST) megfigyelései alapján.

Másrészt a szénmonoxid szükséges a metanol kialakulásához is, ami más, még összetettebb szerves molakulák képződésének egyik építőköve, végül azok pedig az élet kialakulásához nélkülözhetetlenek… A legutóbbi HST és ALMA megfigyelésekkel tehát bepillantást nyertünk egy Naphoz sokban hasonló fiatal csillag körüli bolygórendszer képződési folyamataiba.

Az ALMA teleszkóprendszer egy részlete (12 méter átmérőjű antennák) az Atacama-sivatag Chajnator-fennsíkján, mintegy 5000 méter tengerszintfeletti magasságban (kép: ESO ALMA Obszervatórium).

Az ALMA egyedülállóan nagy érzékenységét és felbontóképességét jól szemlélteti az a körülmény, hogy a teleszkóprendszer ma rendelkezésre álló 66 antennájából mindössze már 23-26 elegendő volt a megfelelő jel-szint és szögfelbontás eléréséhez, aminek következtében a csillagkörüli korong részleteinek megfigyelése lehetővé vált.

A TW Hydrae körül azonosított szénmonoxid-hóhatárról a Science Express 2013. július 18-i kiadásában jelent meg az első tudományos közlemény.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás