Interpretation of Herschel's "cold" debris disks
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im nun abgeschlossenen Projekt beschäftigten wir uns anhand eines umfangreichen Datensatzes mit dem Phänomen der sogenannten ’“kalten Trümmerscheiben”’, die im Rahmen des Schlüsselprojekts DUNES mit dem Weltraumteleskop Herschel entdeckt wurden. Sechs der DUNES-Quellen zeigen mehr Infrarot-Exzess bei 160 µm als bei 100 µm. Dieser langwellige Exzess wird zirkumstellarem Staub bei ungewöhnlich niedrigen Temperaturen zugeschrieben. Der Staub muss fast so kalt wie ein Schwarzkörper in gleicher Entfernung vom Stern sein, was Staubteilchen größer als etwa 100 µm bedeutet, selbst wenn sie Eise und andere schwach im sichtbaren Licht absorbierende Materialien beinhalten. Das Fehlen kleinerer Teilchen überraschte, da Kollisionsmodelle Teilchen bis hinunter zu einer deutlich geringeren, nur durch den Strahlungsdruck definierten Größe vorhersagten. Wir untersuchten drei denkbare Ursachen: Transportdominierte Scheiben, Scheiben geringer dynamischer Anregung und Scheiben makroskopischer Teilchen, die noch ungestört und ursprünglich sind. Unsere Kollisionssimulationen und qualitativen Analysen führten zum Ausschluss der ersten beiden Szenarien und zeigen, dass das dritte möglich ist. Die Scheiben müssten dazu aus Teilchen bestehen, die größer sind als einige Millimeter, aber kleiner als einige Kilometer. Daraus folgt, dass die Planetenentstehung in den äußeren Regionen dieser Systeme aufhörte, bevor sich kometen- oder asteroidengroße Objekte bilden konnten. Die Wahrscheinlichkeit, dass alle sechs Systeme Fehldetektionen durch instrumentelles Rauschen oder auf Grund galaktischer oder extragalaktischer Emission sind, konnten wir als sehr gering einschatzen. Ein höheres Maß an Bestimmtheit wird sich aber erst aus neuen Messungen ergeben, die z. B. mit ALMA durchgeführt werden könnten. In einem weiteren Teil des Projekts wendeten wir die Erfahrungen mit den kalten Scheiben auf einen größeren Datensatz aus mehreren Dutzend klassischen, mit Herschel räumlich aufgelösten Trümmerscheiben an. Die ermittelten Scheibenradien streuten stark und zeigten keinen signifikanten Trend als Funktion der stellaren Leuchtkraft. Dies spricht gegen einen dominanten Einfluss der von der Leuchtkraft abhängigen Eislinien auf die Größe von Trümmerscheiben. Von den gewonnenen Radien ausgehend modellierten wir die beobachteten spektralen Energieverteilungen und ermittelten die Temperatur und die Größenverteilung des Staubes. Während die Staubtemperaturen zu Sternen früheren Spektraltyps hin ansteigen, reduziert sich das Verhältnis aus Staub- und Schwarzkörpertemperatur. Dieser Zusammenhang für aufgelöste Scheiben kann nun auch für nicht aufgelöste genutzt werden, um ihren Radius genauer zu bestimmen. Ein Vergleich der Staubgrößen mit der Grenze durch den Strahlungsdruck zeigte schließlich eine Annäherung zu Sternen höherer Leuchtkraft hin. Dieser bisher unbekannte Trend könnte für eine größere dynamische Anregung in Scheiben um Sterne früheren Spektraltyps stehen. Für ein breiteres Publikum wurden einige Aspekte unserer Arbeit in Form von öffentlichen Vorträgen, Pressemitteilungen sowie Beiträgen in Online-Medien und lokalen Zeitungen aufgearbeitet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2013). Herschel Observations of the Debris Disc around HIP 92043. Astronomy and Astrophysics 557, A58
J. P. Marshall, A. V. Krivov, C. del Burgo, C. Eiroa, A. Mora, B. Montesinos, S. Ertel, G. Bryden, R. Liseau, J.-C. Augereau, A. Bayo, W. Danchi, T. Löhne, J. Maldonado, G. L. Pilbratt, K. Stapelfeldt, Ph. Thébault, G. J. White, and S. Wolf
- (2013). DUst Around NEarby Stars. The Survey Observational Results. Astronomy and Astrophysics 555, A11
C. Eiroa, J. P. Marshall, A. Mora, B. Montesinos, O. Absil, J.-C. Augereau, A. Bayo, G. Bryden, W. Danchi, C. del Burgo, S. Ertel, M. Fridlund, A. M. Heras, A. V. Krivov, R. Launhardt, R. Liseau, T. Löhne, J. Maldonado, G. L. Pilbratt, A. Roberge, J. Rodmann, J. Sanz-Forcada, E. Solano, K. Stapelfeldt, Ph. Thébault, S. Wolf, D. Ardila, M. Arevalo, C. Beichmann, V. Faramaz, B. M. González-Garcia, R. Gutiérrez, J. Lebreton, R. Martinez-Arnaiz, G. Meeus, D. Montes, G. Olofsson, K. Y. L. Su, G. J. White, D. Barrado, M. Fukagawa, E. Grun, I. Kamp, R. Lorente, A. Morbidelli, S. Muller, H. Mutschke, T. Nakagawa, I. Ribas, and H. Walker
(Siehe online unter https://doi.org/10.1051/0004-6361/201321050) - (2013). Herschel’s ”Cold Debris Disks”: Background Galaxies or Quiescent Rims of Planetary Systems? The Astrophysical Journal 772, 32
A.-V. Krivov, C. Eiroa, T. Löhne, J.-P. Marshall, B. Montesinos, C. Del Burgo, O. Absil, D. Ardila, J.-C. Augereau, A. Bayo, G. Bryden, W. Danchi, S. Ertel, J. Lebreton, R. Liseau, A. Mora, A.-J. Mustill, H. Mutschke, R. Neuhauser, G.-L. Pilbratt, A. Roberge, T.-O.-B. Schmidt, K.-R. Stapelfeldt, Ph. Thébault, Ch. Vitense, G.-J. White, S. Wolf
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0004-637X/772/1/32) - (2014). Collisional Modelling of the Debris Disc around HIP 17439. Astronomy and Astrophysics 567, A127
Ch. Schüppler, T. Löhne, A. V. Krivov, S. Ertel, J. P. Marshall, and C. Eiroa
(Siehe online unter https://doi.org/10.1051/0004-6361/201423523) - (2014). Disk Radii and Grain Sizes in Herschel-resolved Debris Disks. The Astrophysical Journal 792, 65
N. Pawellek, A. V. Krivov, J.-P. Marshall, B. Montesinos, P. Abrahám, A. Moór, G. Bryden, C. Eiroa
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0004-637X/792/1/65) - (2014). Observations, Modeling and Theory of Debris Disks. in Protostars and Planets VI (H. Beuther, R. Klessen, C. Dullemond, and Th. Henning, Eds.), Univ. of Arizona Press, Tucson, pp. 521–544
B.C. Matthews, A.V. Krivov, M.C. Wyatt, G. Bryden, and C. Eiroa
- (2015). The Dust Grain Size – Stellar Luminosity Trend in Debris Discs. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 454, 3207
N. Pawellek, A. V. Krivov
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/mnras/stv2142) - “Statistical modelling of resolved debris discs”, 2016
Nicole Pawellek
