Gambar baru dari teleskop Subaru Jepang menunjukkan bagaimana bintang muda terdekat mengakhiri masa pertumbuhannya dengan cepat. Kesenjangan terletak pada jarak yang sama dari bintang seperti orbit Saturnus, dan memberikan bukti tambahan untuk teori tentang bagaimana cakram materi berevolusi di sekitar bintang muda.
Memperbesar bintang muda terdekat yang disebut HD 141569A, para astronom dari National Astronomical Observatory of Japan dan Institut Max Planck untuk Astronomi menggunakan teleskop Subaru di Mauna Kea, Hawai'i, untuk menemukan lubang di cakram gas dan debu yang melingkari bintang. Keberadaan celah besar ini, yang besarnya seukuran orbit Saturnus, mendukung teori bahwa bintang muda ini mengakhiri masa pertumbuhannya secara tiba-tiba, dengan mengionisasi dan mendorong gas di dalam cakram tempat ia dilahirkan.
Tim yang dipimpin oleh Dr. Miwa Goto dan Profesor Tomonori Usuda mengambil keuntungan dari resolusi spasial luar biasa yang dicapai oleh sistem optik adaptif dan kamera inframerah dan spektograf (IRCS) pada Subaru, untuk menyelesaikan bagian terdalam dari disk sekitar HD 141569A di garis emisi karbon monoksida di bagian inframerah dari spektrum elektromagnetik. Piringan itu diketahui ada dari penelitian sebelumnya tentang debu di sekitar bintang. Dengan mempelajari gas, studi baru berhasil menentukan ukuran kliring bagian dalam disk.
Emisi dari karbon monoksida (CO) dalam piringan yang mengelilingi HD 141569A, yang berjarak sekitar 320 tahun cahaya dari Bumi, memanjang hingga lima puluh kali ukuran orbit Bumi. (Jarak antara Bumi dan Matahari disebut satuan astronomi. Di tata surya kita, jari-jari orbit Neptunus sekitar 30 AU). Berangsur-angsur menjadi lebih kuat menuju bagian dalam yang paling dekat dengan bintang. Puncak emisi di sekitar 15 AU, kemudian berkurang ke bintang pusat. "Kita sekarang tahu bahwa sedikit gas tersisa di 11 AU dalam disk," kata Usuda. "Dengan kata lain, HD 141569A telah sepenuhnya mengembangkan lubang di tengah cakram gas molekulernya lebih besar dari ukuran orbit Saturnus."
"Ukuran lubang sangat signifikan", kata Goto, "karena membatasi kemungkinan bagaimana lubang itu menjadi di tempat pertama."
Secara teoritis, cakram circumstellar dapat memiliki rongga bagian dalam yang diciptakan oleh penutupan garis-garis di magnetosfer bintang, yang akan memotong cakram. Ini disebut pemotongan magnetosfer dan bisa menjelaskan mengapa ada celah di debu. Namun, ukuran pemotongan harus jauh lebih kecil, sekecil seperseratus unit astronomi, atau seukuran bintang itu sendiri, jadi ini tidak dapat menjelaskan pengamatan saat ini.
Penghancuran debu oleh radiasi dari bintang dalam proses yang disebut sublimasi juga bisa menghasilkan lubang di dalam cakram. Sekali lagi, radius yang diharapkan dari aktivitas tersebut terlalu kecil, sekitar sepersepuluh dari radius orbit Bumi, untuk menjelaskan rongga pusat HD 141569A.
Penjelasan terbaik untuk ukuran rongga pusat HD 141569A berasal dari fakta bahwa itu sesuai dengan jari-jari gravitasi bintang. Ini adalah jari-jari di mana kecepatan suara gas terionisasi yang mengalir dari bintang sama dengan kecepatan lepas dari bintang. Dengan kata lain, gas di luar jari-jari gravitasi dapat dengan bebas keluar dari sistem begitu terionisasi. Gas dalam piringan terpadat pada jari-jari gravitasi dan menerima lebih banyak radiasi dari bintang pusat daripada bagian terluar. Kehilangan massa disk melalui foto-penguapan karena itu paling efisien pada jari-jari gravitasi.
Skala ukuran yang sama dari rongga bagian dalam cakram HD 141569A dan jari-jari gravitasinya, sekitar 18 unit astronomi, menunjukkan bahwa bukaan tersebut dibuat oleh foto-penguapan, gas diionisasi dan didorong menjauh. Ini juga menunjukkan bahwa, secara umum, photo-evaporation memang efektif dalam menghilangkan disk dari sekitar bintang muda bahkan jika proses lain juga ada (seperti penumpukan material menjadi rumpun yang disebut viscous accretion).
Gambaran teoretis ini bukanlah hal baru, tetapi pengamatan saat ini adalah yang pertama yang menawarkan bukti jelas untuk mendukung teori ini. Dalam gambar ini, cakram circumstellar tidak perlahan menguap dari daerah yang berbatasan langsung dengan bintang pusat. Alih-alih, sebuah lubang sebesar jari-jari gravitasi bintang muncul lebih atau kurang secara tiba-tiba, dan kemudian tumbuh lebih besar sampai cakram, dan potensi pembentukan planet, hilang.
Peran Disk Circumstellar
Sebuah bintang dilahirkan ketika gas terkumpul dalam awan molekul. Gas ini terutama dalam bentuk molekul hidrogen. Karena gas memiliki momentum sudut, ia tidak dapat mendarat langsung ke permukaan bintang. Alih-alih, ia membentuk struktur tipis seperti cakram di sekitar bintang, dan perlahan-lahan kehilangan momentum karena mengorbit bintang dan sehingga bintang itu akhirnya dapat menariknya. Tanpa "cakram keliling" seperti itu, bintang tidak dapat mengumpulkan massa dari awan kelahirannya.
Di luar fungsinya sebagai pasokan gas untuk pembentukan bintang, cakram circumstellar juga menyediakan bahan baku untuk planet. Bahan yang tersisa dari formasi bintang secara bertahap saling menempel, membuat kerikil dan batu. Ini mengumpulkan bersama untuk membentuk tubuh yang lebih besar, seperti planetesimal selebar 100 meter. Semua bahan ini terus berputar di sekitar bintang sementara itu tumbuh menjadi tubuh yang semakin besar. Akhirnya, jika kondisinya benar, proses akresi ini menghasilkan planet berbatu yang mirip dengan Bumi.
Studi pengamatan baru-baru ini dari cakram circumstellar telah mengambil keuntungan dari emisi termal dan cahaya yang tersebar dari bahan padat dalam disk. Namun, di zaman awal keberadaan disk, padatan ini hanya terdiri sekitar satu persen dari total massa disk. Sisanya masih dalam fase gas, dan terutama dalam bentuk molekul (seperti karbon monoksida). Melihat disk dan mempelajari komponen karbon monoksida daripada butiran debu, berarti kita melihat disk gas, yang merupakan komponen utama disk.
Disk circumstellar hanya ada untuk waktu yang singkat sementara bintang pusatnya mengumpulkan gas darinya. Untuk memahami bagaimana sebuah disk berevolusi, bayangkan bahwa seluruh umur bintang itu hanya seratus tahun. Disk circumstellar hanya akan ada dari tiga hari hingga sebulan sebelum menghilang sama sekali. Sebuah bintang hanya memiliki satu kesempatan untuk membentuk sistem planet selama masa relatif singkat dari cakram bintangnya. Jika radiasi pengion dari bintang mencegah disk debu bertambah ke dalam planet sebelum menghilang, maka peluang bintang untuk menjadi pusat tata surya hilang selamanya. Oleh karena itu kapan dan bagaimana sebuah disk menghilang, memiliki konsekuensi langsung terhadap kemungkinan pembentukan planet.
Hasil ini akan dipublikasikan di Astrophysical Journal pada akhir 2006 atau awal 2007.
Makalah Penelitian Judul: Lingkaran Dalam Disk Molekuler Diselesaikan secara Spasial dalam Jalur Emisi CO Inframerah, M. Goto, T. Usuda, C. P. Dullemond, Th. Henning, H. Linz, B. Stecklum, dan H. Suto
Kelompok Penelitian: Miwa Goto (Institut Max Planck untuk Astronomi, Heidelberg, Jerman) Tomonori Usuda (Subaru Telescope, NAOJ) C. P Dullemong (MPIA) Th. Henning (MPIA) H. Linz (MPIA) B. Stecklum (MPIA) Hiroshi Suto (NAOJ)
Sumber Asli: Rilis Berita Subaru
