Millionbevilling til forskning i stjerne- og planetdannelse

Den femte største EU computerbevilling nogensinde gør det muligt at beregne modellerne på JUQUEEN, Europas største super computer. Foto: Jüelich Supercomputing Centre

- Bevillingen vil gøre det muligt for os at arbejde videre med en ny type computer-modeller, der har revolutioneret vores forståelse af stjernedannelse, siger en glad forsker, Troels Haugbølle, fra Center for Stjerne- og Planetdannelse ved Statens Naturhistoriske Museum, der netop er blevet tildelt en af de prestigefyldte Sapere Aude-forskningsleder-bevillinger fra Det Fri Forskningsråd på 6.7 mio kr.

Den typiske afstand i mellem to stjerner er en million gang større end diameteren af et solsystem. Andre forskere studerer derfor mest, hvordan en enkelt isoleret stjerne bliver til, selvom stjerner i virkeligheden ofte fødes som dobbeltstjerner, og næsten alle stjerner dannes i store grupper.

Tilvækstskive rundt om en nydannet stjerne: Skiven vil langsomt forsvinde, og en del af støvet og gassen bliver til planeter, asteroider og kometer. Resten bliver enten opslugt af stjernen eller slynget ud i mellem stjernerne igen. (Kunstnerisk gengivelse, kilde: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

- Mine modeller indeholder derimod en beskrivelse af hvordan gas og støv bevæger sig på store skalaer. Men samtidigt kan jeg også koncentrere computerberegninger omkring de enkelte stjerner. På den måde bliver mine modeller meget mere realistiske, og de kan indeholde flere tusinde stjerner, der påvirker hinanden, samtidigt med at hvert enkelt solsystem er beskrevet i stor detalje.

Troels Haugbølles forskergruppe er den, der er længst fremme med den nye banebrydende elastiske beregningsmetode. Ved hjælp af de største computere i verden, skal modellerne hjælpe os til bedre at forstå, hvordan støvet og gassen, der befinder sig mellem stjernerne, fortættes og bliver til grupper af nyfødte stjerner.

Behov for nye modeller

Computermodel af et stjernedannede område: I det øverste panel ses hele det stjernedannede område, i det midterste zoomes ind på et enkelt gas-filament, hvor nyfødte stjerner ligger som perler på en snor, og i det nederste ses en enkelt ny stjerne, der kun er 50.000 år gammel. Orange er gas med lav tæhed, lilla med høj tæthed, og linierne viser den komplicerede struktur af magnetfeltet omkring stjernen. Den nydannede tilvækstskive er stadig meget kaotisk, og i midten ses i rødt en jetstrøm af materiale, der skydes ud fra den nyfødte stjerne. Det nederste billede er forstørret en million gange mere end det øverste.

Nye observationer fra bla. Herschel satellitten og ALMA Observatoriet, forsyner i disse år forskerne med mængder af nye data af Universets stjernedannende områder, og det betyder, at de teoretiske modeller man hidtil har anvendt, er under pres. Forskerne kan nu tage billeder af strålingen fra gas og støv omkring nyfødte stjerner – og det i en opløsning, hvor man kan iagttage, hvad der sker, på en skala der svarer til afstanden imellem jorden og solen. Det betyder, at man for første gang kan se de fine spind af gas-strømme, der fører stof ned til de nye stjerner. For at forstå observationerne må forskerne derfor udvikle tilsvarende detaljerede modeller.

- Med bevillingen kan jeg ansætte en forsker til udelukkende at arbejde med at oversætte resultaterne fra mine computermodeller til et format som astronomer kan arbejde med, og dermed virke som et bindeled mellem teorien og de faktiske observationer. For at gøre det må man følge den kemiske udvikling omkring de nydannede stjerner. For eksempel hvordan vanddamp og mere komplekse molekyler fryser fast på støvkorn, og hvordan de tættere på stjernen igen fordamper fra støvet. Det kan så direkte sammenlignes med observationer fra Herschel og ALMA af, hvor meget vanddamp der er rundt om nyfødte stjerner.

Når observatører umiddelbart kan slå op i de ”virtuelle stjernekataloger”, der bliver beregnet ud fra modellerne, så bliver dataene tilgængelige for en stor gruppe astronomer. Det tværfaglige samarbejde med astronomerne på Center for Stjerne- og Planetdannelse om, hvad stjernekatalogerne præcist skal indeholde, og hvordan de bedst bruges, er en vigtig del projektet.

Fra støv til planeter

- Takket være Kepler satellitten kender vi nu til tusindvis af planeter i fremmede solsystemer. Mange af solsystemerne ser anderledes ud end vores eget. Det er helt ny viden, og det får vores hidtidige modeller af planetdannelse til at falde lidt fra hinanden. Så for at tolke hvad der sker, har vi brug for nye modeller, forklarer Troels Haugbølle.

Rundt om alle nye stjerner dannes der en tilvækstskive, fordi tyngdekraften tiltrækker gas og støv. Man kan forestille sig en skive, som den de fleste kender fra tegninger og fotos af planeten Saturn, bare meget, meget større og noget tykkere. Omkring en ny stjerne har tilvækstskiven en diameter på størrelse med et helt solsystem.

En del af projektet går ud på at lave detaljerede modeller af forholdende i tilvækstskiverne, og undersøge hvordan støv og gas bliver kittet sammen til småsten, der igen kan støde sammen og blive til asteroider og forstadier til små planeter. Resultaterne kan sammenlignes med dannelseshistorien for meteoritter, som kosmokemikerne på Center for Stjerne- og Planetdannelse studerer, og forhåbentlig hjælpe os med at forstå, hvordan vores eget solsystem blev dannet