ALMA observerar hela Fomalhauts stoftring

Fomalhaut är en klassisk stjärna som vi har skrivit om här tidigare och som nyligen var aktuell igen (se bl.a. Phil Plait’s Bad Astronomy). Och eftersom det är min första post här på bloggen, plus att stoft och Fomalhaut är lite av mina favoritämnen, så tänkte jag att det kunde vara passande att skriva om den igen.

Den är även känd som alfa Piscis Austrini, den ljusstarkaste stjärnan i Södra fisken, men den går knappt över horisonten ens i södra Sverige (deklinationen är på -30 grader). Den ligger bara runt 7,7 parsec bort, eller 25 ljusår, och är därför lätt att studera. Fomalhaut är alltså känd för att husera en gigantisk stoftring med en radie på drygt 140 astronomiska enheter (medelavståndet mellan solen och Jorden), ett konstigt objekt som kan kanske vara en planet samt ett par till inre stoftringar som inte syns i bilderna här.

Nytt sen i maj i år är data från Atacama Large Millimeter Array (ALMA) där stjärnan och dess stoftring har blivit observerade till fullo. Detta uppmärksammades igen nu i juni då artikeln också blev publicerad i Astrophysical Journal av MacGregor et al. (2017, går att hitta på arxiv för den intresserade). Detta var inga lätta observationer eftersom ALMA har en sådan offantligt hög upplösning att den kan inte ta en bild på hela stjärnans stoftring på en gång.

Varför är detta spännande då? Vi kan jämföra med vårat egna solsystem som typexempel. Som bekant har vi åtta stycken planeter, en mängd dvärgplaneter och två stycken bälten av oregelbundet formade stenbumlingar. Asteroidbältet är mellan Mars och Jupiter och Kuiperbältet är utanför Neptunus bana (Edgeworth-Kuiper efter de två upptäckarna). I sådana bälten är kollisioner vanliga och varje kollision ger upphov till en stor mängd mindre objekt som kolliderar vidare i en slags kedjereaktion. Så vi kan se både asteroidbältet och Kuiperbältet som producenter av stoftmoln, d.v.s. moln av mikrometer- till millimeterstora sandkorn. I solsystemet kallas det inre molnet för det Zodiakala molnet, som jag tror många astrofotografer redan är bekanta med. Ute vid Kuiperbältet finns då ett till stoftmoln, eller stoftskiva, som är mycket kallare än Zodiakalmolnet p.g.a. det långa avståndet till solen. Det är faktiskt oklart hur stor den skivan är och man misstänker att den sträcker sig så långt som upp till 50 till 100 astronomiska enheter från Solen! Stoftet är inte långlivat, hade det inte ständigt producerats nytt stoft så hade skivorna troligtvis försvunnit på ett par 10 000 till 100 000 år.

Så vad säger detta? Jo, att stoftskivorna i solsystemet är en direkt effekt av att här finns ett planetsystem med planeter av olika storlekar som med sin gravitation rör upp i asteroid- och Kuiperbältet så att småvärldarna där ute kolliderar. Hittar man sådana stoftmoln kring andra stjärnor än solen så skyltar det om att även där finns planeter. Dessutom så är asteroidbältet och Kuiperbältet båda viktiga ingredienser i planetsystemet och innehåller material som är kvar från när solsystemet bildades.

Så nu har alltså hela ringen blivit observerad med ALMA. ALMA observerar med hög upplösning och i rödare ljus än vad tidigare kända observationer har använt (ännu längre våglängd än Hubble och Herschel). Denna bild är taget i ljus med våglängden 1,3 mm, så nu är vi förbi infrarött ljus och kommer faktiskt in i det som är mer vardagligt kallas för mikrovågor. Därför är stjärnan tydligt med i mitten då stjärnor lyser mycket svagare i långa våglängder.

Sådana observationer ger såklart möjligheten att se fler och andra detaljer än vad man har kunnat se tidigare. T.ex. såg man tydligt i Herschelbilden en så kallad ”hästskoeffekt”, att en del av ringen lyste starkare än en annan. Detta beror på att ringen är elliptisk, så en del av ringen ligger närmare stjärnan än en annan del och är då varmare och lyser därför starkare. Det kallas även för periapsisglöd. I den nya ALMA-bilden ser man det med, men även att den delen som ligger längst från stjärnan lyser starkare också, i apoapsis. Hur kommer det sig då? Jo, som Kepler säger så är hastigheten i en omloppsbana högst i periapsis och lägst i apoapsis. Vad händer om man har en massa objekt som plötsligt saktar in i samma område? Det blir en förtätning, en densitetsvåg (samma effekt som i en bilkö). Så i apoapsis är densiteten högre och lyser därför också starkare.

Andra saker man kan se är att skivan har väldigt skarpa kanter och den är väldigt välbegränsad inom ett visst område. Hur kommer detta sig? Vi vet inte ännu men det kan bero på flera stora, ännu oupptäckta planeter som driver stoftet.

Så slutligen då, vad är statusen bakom våran planetkandidat Fomalhaut b? Den är fortfarande oklar även efter dessa observationer men MacGregor & co har kunnat tillföra pusselbitar. Det finns olika scenarion som har diskuterats sen den upptäcktes 2008. Dessa observationer kunde begränsa ett av dessa, scenariot som säger att det inte är en planet utan klump av stoft från massiva kollsioner. De kunde mäta en övre gräns för hur mycket stoft det då skulle handla om, som mest två tusendelar av månens massa.

Avslutningsvis kan vi säga att vi har inte hört det sista om Fomalhaut. Systemet har även varmt stoft i de inre delarna närmast stjärnan som vi inte ser i bilderna här och det finns möjligheter för fler planeter. För varje studie som görs läggs fler pusselbitar.