Ny Teknikk Avslører Skjulte Spedbarn Planeter som går i Bane rundt en Nyfødt Stjerne

16

Kunstnerens tolkning av de tre protoplanets. Illustrasjon: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Siden 1990-årene har forskere oppdaget tusenvis av eksoplaneter i bane rundt fjerne stjerner, men funn av baby protoplanets innebygd i stellar strekninger av gass og støv har vist seg å være en utfordring. Et internasjonalt team av astronomer har brukt en ny teknikk for å endelig oppdage ikke bare én, men tre spedbarn på planeter rundt nyfødte stjerner—en utrolig funn som bekrefter inngrodde antakelser om planeten dannelse.

Normalt, eksoplaneter er oppdaget når de beveger seg foran moderstjernen, noe som resulterer i en kort dimming effekt, eller når deres tyngdekraften fører til en host-stjerners å riste aldri så lite. Men disse teknikkene ikke egner seg svært godt til studiet av protoplanetary disker—mørke flater fylt med stein, støv og gass. Dette er et problem fordi forskere vil veldig gjerne å oppdage protoplanets; gå teori er at planetene danner innenfor disse diskene, men astronomer har faktisk aldri sett denne prosessen i aksjon, eller har de noen gang oppdaget et spedbarn planet innenfor disse støvete inkubatorer. Men det er nå endret, takket være to nye artikler publisert i dag i Astrofysiske Journal Letters.

Ved hjelp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile, to team av astronomer har oppdaget tre spedbarn på planeter rundt HD 163296, en ung stjerne som ligger omtrent 330 lysår fra Jorden. Denne stjernen er dobbelt størrelse av vår egen Sol, men på fire millioner år gamle, er det bare én tusendel Solens alder. For å oppdage nye planeter, astronomer har brukt en ny teknikk som oppdager unormale mønstre av flytende gass i planet-forming-disker.

Teamet, ledet av Richard Teague, en astronom ved University of Michigan, har funnet et par av Jupiter-massert protoplanets ligger 7,4 milliarder miles (12 milliarder km) og 13 milliarder miles (21 millioner kilometer fra moderstjernen—det er 80 og 140 ganger avstanden fra Jorden til Solen (AU), henholdsvis.

Uavhengig, astronomen Christopher Pinte og hans team fra Monash University i Clayton, Australia, fant en planet litt lenger ute, rundt 24 milliarder miles (39 milliarder km) fra moderstjernen, eller 260 AU. Alle tre planetene var fast forankret i HD 163296 er protoplanetary disk.

ALMA bilde som viser en “kink” i bølgelengder av flytende gass i protoplanetary disk i bane rundt spedbarn stjerners HD 163296.Bilde: ESO, ALMA ESO/NAOJ/NRAO; Pinte et al.

ALMA har vært brukt før for å studere protoplanetary disker, men denne gangen teleskopet ble brukt til å ta et mye nærmere titt, spesielt på den måten karbonmonoksid (CO) gass strømmer innenfor denne planeten-forming-regionen. Karbonmonoksid molekyler gir fra seg en karakteristisk millimeter-bølgelengde lys signatur, som ALMA er i stand til å oppdage. Astronomene benytter Doppler shift for å se hvordan denne gassen beveger seg i disken. Alle ting er like—i hvert fall fra et gravitasjonsfelt perspektiv—gass skal flyte i et stabilt, forutsigbart mønster. Men det er ikke hva astronomer så. På tre konkrete områder innenfor protoplanetary disk, gass gjør dramatiske bevegelser i form av skiftende karbonmonoksid bølgelengder. Disse bevegelsene, astronomer å krangle, er det å være forårsaket av massive objekter, som tolker de for å være de tre protoplanets. Effekten kan være i forhold til den måten vannet virvlene som dannes i en elv rundt store steiner.

Mind the gap: Dette ALMA bildet viser bredt hull i en protoplanetary disk, som kan eller ikke kan være forårsaket ved å danne planeter. Bilde: ESO, ALMA ESO/NAOJ/NRAO; A. Isella; B. Saxton NRAO/AUI/NSF

Tidligere studier (også ved hjelp av ALMA) markert tilstedeværelsen av et stort hull i protoplanetary disker. Disse hullene, det var en teori, var forårsaket ved å danne planeter. Det kan godt være tilfelle, men bevisene var indisier på det beste, og data som er brukt i disse studiene kunne ikke brukes til å estimere størrelsen på den mistenkte planeter. Den nye teknikken kan gjøre akkurat det, samtidig som det gir en overlegen måte å kikket inne i disse planet-forming-disker for å se hva som egentlig foregår på innsiden.

Det er et spennende resultat som viser ALMA ‘ s evne til å snuse ut babyen planeter. Suksessen av denne nye teknikken betyr også andre protoplanetary disker bør utredes på en lignende måte. Og ja, begge lag har tenkt å gjøre akkurat det.

[Astrofysiske Journal Bokstaver, Astrofysiske Journal Letters]