Hva er egentlig et "normalt" solsystem? Hvis vi trodde vi hadde en ide i fortiden, gjør vi det absolutt ikke nå. Og en ny studie ledet av astronomer ved Cambridge University har forsterket dette faktum. Den nye studien fant fire gassgigantplaneter, lik vår egen Jupiter og Saturn, og kretset rundt en veldig ung stjerne kalt CI Tau. Og en av planetene har en ekstrem bane som tar den mer enn tusen ganger lenger unna stjernen enn den innerste planeten.
CI Tau er omtrent 500 lysår unna i en veldig aktiv del av galaksen kalt en ”stellar barnehage.” CI Tau er bare to millioner år gammel og er bare et spedbarn i stellar. Vår egen sol er omtrent 5 milliarder år gammel og har ytterligere 5 milliarder å gå, gi eller ta. Så CI Tau er for ung til å ha den typen gassgiganter som den har. Eller så tenkte vi.
Den beste modellen vår for dannelse av solsystem kalles nebularhypotesen og går noe slik: En virvlende sky av gass og støv vokser og får tetthet til den kollapser i en stjerne og fusjonen starter. Rundt denne nyopprettede stjernen virvler resten av gassen og støvet seg som en protoplanetær skive. Over tid klumper denne saken seg sammen og danner andre planeter, måner og asteroider, og det er ikke flere protoplanetære skiver. Det er en veldig kort beskrivelse av hvordan ting går.
Men denne prosessen med dannelse av planeten antas å ta lang tid, mye mer enn 2 millioner år. En stjerne som vår sol kan dannes på så lite som 1 million år, men det tar mellom 10 og 100 millioner år å ta gassplaneter, og jordbaserte planeter tar enda lenger tid.
Saturn-masseplaneter er ment å danne seg ved først å samle en solid kjerne og deretter trekke inn et lag gass på toppen, men disse prosessene er ment å være veldig treg i store avstander fra stjernen. De fleste modeller vil kjempe for å lage planeter av denne massen på denne avstanden. " - Studier hovedforfatter, professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Dette er ikke første gang CI Tau har fått øyet av astronomer. I 2016 oppdaget astronomer en het Jupiter som kretser rundt stjernen. Dette gjorde den til den første stjernen i sin unge alder som hadde en av disse sydende gassgigantene. En varm Jupiter er en gassgigant i samme massespekter som vår helt egen Jupiter, men en som kretser så nær stjernen at den er veldig varm. Hot Jupiters er forvirrende fordi vi ikke forstår hvordan de kan danne ‘in situ’, eller så nær stjernen. Astronomer tror disse typer planeter dannes lenger unna stjernen og vandrer inn. Hvordan kunne dette skje på bare 2 millioner år?
I denne nye studien har et team av forskere ledet av Cambridge University vendt blikket mot CI Tau igjen. De brukte Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) for å søke i CI Tau-systemet etter søsken til den varme Jupiter. Det de fant nettopp økte mysteriet med systemet. De oppdaget 3 andre gassgiganter som kretser rundt stjernen, og en av dem følger en langt spredt bane tusen ganger lenger fra stjernen enn den innerste planeten, den nevnte varme Jupiter. I følge papiret er dette “… det mest massive ensemblet av ekso-planeter som noen gang er blitt oppdaget i denne alderen.” Så hva betyr alt dette?
"Det er foreløpig umulig å si om den ekstreme planetariske arkitekturen som er sett i CI Tau, er vanlig i varme Jupitersystemer ..." - Professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Foreløpig er vi ikke sikre. Rundt 1% av stjernene er varme Jupiters, men de fleste av de kjente hotte Jupitere er hundrevis av ganger eldre enn CI Tau. Siden så vidt vi vet, planeter ikke kan dannes før stjernen gjør det, hvordan kan astronomer forklare hva som skjedde i dette systemet?
“Det er foreløpig umulig å si om den ekstreme planetariske arkitekturen som ble sett i CI Tau, er vanlig i varme Jupitersystemer fordi måten disse søskenplaneten ble oppdaget - gjennom deres effekt på den protoplanetære skiven - ikke ville fungere i eldre systemer som ikke lenger har en protoplanetær plate, ”sa professor Cathie Clarke fra Cambridges institutt for astronomi, studiens første forfatter.
Her er det nok spørsmål til å holde et team med astronomer opptatt for hele karrieren. I følge forskerne er det uklart hvilken rolle, om noen, søskenplaneten som har spilt for å drive den innerste planeten inn i dens ultra-nære bane. Det er også uklart om en hvilken som helst mekanisme som kan spilles i dette systemet er den samme mekanismen som gjør hete Jupiters generelt. Og et ytterligere mysterium er hvordan de ytre to planetene i det hele tatt dannet seg.
"Planetformasjonsmodeller har en tendens til å fokusere på å være i stand til å lage de typer planetene som allerede er observert, så nye funn passer ikke nødvendigvis til modellene," sa Clarke. Saturn-masseplaneter er ment å danne seg ved først å samle en solid kjerne og deretter trekke inn et lag gass på toppen, men disse prosessene er ment å være veldig treg i store avstander fra stjernen. De fleste modeller vil kjempe for å lage planeter av denne massen på denne avstanden. "
Dette er selvfølgelig det som gjør vitenskapen så overbevisende og effektiv. Astronomer observerer noe og lager en modell for å forklare det. Så fortsetter de å observere, og noen funn forsterker modellen, mens noen utfordrer den. Så modellen blir stadig oppdatert og representerer over tid realistisk et større og større utvalg av observasjoner.
Astronomer vil fortsette å studere dette systemet for å prøve å avdekke noen av disse mysteriene. ALMA har revolusjonert studiet av protoplanetære plater, og fremtidig arbeid vil uten tvil lene seg tungt på ALMA igjen. Den har makten til å avbilde planeter som dannes inne i protoplanetære skiver, som er svake, dårlig opplyste steder som er veldig vanskelige å se på.
Vær forberedt på å bli overrasket over hva ALMA ser. En gang til.
- Pressemelding fra University of Cambridge: "Kjempeplaneter rundt ung stjerne reiser spørsmål om hvordan planeter dannes"
- Forskningsartikkel: "Millimeterimetering med høy oppløsning av CI Tau protoplanetære disk: Et massivt ensemble av protoplaneter fra 0,1 til 100 au"
- Rice University pressemelding: "Astronomer finner gigantiske planeter rundt veldig ung stjerne"
- Wikipedia-side: Nebular Hypothesis
