I følge nåværende estimater kan det være så mange som 100 milliarder planeter i Melkeveis galaksen alene. Dessverre er det tøft, tidkrevende arbeid å finne bevis på disse planetene. For det meste er astronomer tvunget til å stole på indirekte metoder som måler fall i en stjerners lysstyrke (transittmetoden) av Doppler-målinger av stjernens egen bevegelse (Radial Velocity Method).
Direkte avbildning er veldig vanskelig på grunn av den kansellerende effekten stjernene har, hvor lysstyrken deres gjør det vanskelig å oppdage planeter som kretser rundt dem. Heldigvis har en ny studie ledet av Infrarød prosesserings- og analysesenter (IPAC) ved Caltech bestemt at det kan være en snarvei for å finne eksoplaneter ved bruk av direkte avbildning. Løsningen, hevder de, er å lete etter systemer med en omkretsstellbar ruskeskive, for de er sikker på å ha minst en gigantisk planet.
Studien, med tittelen “A Direct Imaging Survey of Spitzer Detected Debris Disks: Occurrence of Giant Planets in Dusty Systems”, dukket nylig opp i The Astronomical Journal. Tiffany Meshkat, assisterende forsker ved IPAC / Caltech, var hovedforfatter på studien, som hun utførte mens hun jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory som postdoktor.
Av hensyn til denne studien undersøkte Dr. Meshkat og hennes kolleger data om 130 forskjellige enstjernersystemer med ruskeskiver, som de deretter sammenlignet med 277 stjerner som ikke ser ut til å være vertskap. Disse stjernene ble alle observert av NASAs Spitzer-romteleskop og var alle relativt unge i alder (mindre enn 1 milliard år). Av disse 130 systemene hadde 100 tidligere blitt studert for å finne eksoplaneter.
Dr. Meshkat og hennes team fulgte deretter opp de resterende 30 systemene ved å bruke data fra W.M. Keck-observatoriet på Hawaii og European Southern Observatory (ESO) Very Large Telescope (VLT) i Chile. Mens de ikke oppdaget noen nye planeter i disse systemene, hjalp undersøkelsene deres til å prege overflod av planeter i systemer som hadde disker.
Det de fant var at unge stjerner med ruskeskiver mer sannsynlig også har gigantiske eksoplaneter med brede baner enn de som ikke gjør det. Disse planetene hadde sannsynligvis også fem ganger massen av Jupiter, og gjorde dem til “Super-Jupiters”. Som Dr. Meshkat forklarte i en fersk pressemelding fra NASA, vil denne studien være til hjelp når det er på tide at eksoplanettjegere velger sine mål:
”Forskningen vår er viktig for hvordan fremtidige oppdrag vil planlegge hvilke stjerner de skal observere. Mange planeter som er funnet gjennom direkte avbildning, har vært i systemer som hadde ruskeskiver, og nå vet vi at støvet kan være indikatorer på uoppdagede verdener. ”
Denne studien, som var den største undersøkelsen av stjerner med støvete ruskeskiver, ga også det beste beviset til dags dato for at gigantiske planeter er ansvarlige for å holde ruskeskiver i sjakk. Mens forskningen ikke direkte løste hvorfor tilstedeværelsen av en gigantisk planet ville føre til at det dannes ruskeskiver, indikerer forfatterne at resultatene deres stemmer overens med spådommer om at ruskeskiver er produkter fra gigantiske planeter som rører opp og forårsaker støvkollisjoner.
Med andre ord, de tror at tyngdekraften til en gigantisk planet vil føre til at planestimaler kolliderer, og dermed forhindrer dem i å danne ytterligere planeter. Som studieforfatter forfatter Dimitri Mawet, som også er seniorforsker i JPL:
"Det er mulig vi ikke finner små planeter i disse systemene fordi disse massive kroppene tidlig ødela byggesteinene av steinete planeter, som sender dem smash inn i hverandre i høye hastigheter i stedet for å kombinere forsiktig. ”
Innenfor solsystemet lager de gigantiske planetene avfallsbelter. Mellom Mars og Jupiter har du for eksempel Asteroide-beltet, mens utover Neptun ligger Kuiper-beltet. Mange av systemene som er undersøkt i denne studien, har også to belter, selv om de er betydelig yngre enn solsystemets egne belter - omtrent 1 milliard år gamle sammenlignet med 4,5 milliarder år gamle.
Et av systemene som ble undersøkt i studien var Beta Pictoris, et system som har en ruskeskive, kometer og en bekreftet eksoplanett. Denne planeten, betegnet Beta Pictoris b, som har 7 Jupiter-masser og kretser rundt stjernen i en avstand på 9 AUs - dvs. ni ganger avstanden mellom Jorden og Solen. Dette systemet har direkte blitt avbildet av astronomer ved hjelp av bakkebaserte teleskoper.
Interessant nok spådde astronomer eksistensen av denne eksoplaneten i god tid før den ble bekreftet, basert på tilstedeværelsen og strukturen til systemets avfallsdisk. Et annet system som ble studert var HR8799, et system med en ruskeskive som har to fremtredende støvbelter. I slike systemer konkluderes tilstedeværelsen av flere gigantiske planeter basert på behovet for at disse støvbeltene skal opprettholdes.
Dette antas å være tilfelle for vårt eget solsystem, der for 4 milliarder år siden, kjempeplanetene avledde passerende kometer mot Solen. Dette resulterte i Late Heavy Bombardment, der de indre planetene ble utsatt for utallige påvirkninger som fremdeles er synlige i dag. Forskere mener også at det var i denne perioden migrasjonene fra Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune avledet støv og små kropper for å danne Kuiper Belt og Asteroid Belt.
Dr. Meshkat og teamet hennes bemerket også at systemene de undersøkte inneholdt mye mer støv enn solsystemet vårt, noe som kan tilskrives forskjeller i alder. Når det gjelder systemer som er rundt 1 milliard år gamle, kan den økte tilstedeværelsen av støv være et resultat av små kropper som ennå ikke har dannet større legemer som kolliderer. Av dette kan det utledes at solsystemet vårt en gang var mye støvete.
Forfatterne bemerker imidlertid at det også er mulig at systemene de observerte - som har en gigantisk planet og en søppelskive - kan inneholde flere planeter som ganske enkelt ikke er oppdaget ennå. Til slutt innrømmer de at mer data er nødvendig før disse resultatene kan anses som endelige. Men i mellomtiden kunne denne studien fungere som en guide til hvor eksoplaneter kan bli funnet.
Som Karl Stapelfeldt, sjefforskeren ved NASAs Exoplanet Exploration Program Office og en medforfatter på studien, uttalte:
"Ved å vise astronomer der fremtidige oppdrag som NASAs James Webb Space Telescope har sin beste sjanse til å finne gigantiske eksoplaneter, baner denne forskningen veien for fremtidige oppdagelser."
I tillegg kan denne studien bidra til å informere vår egen forståelse av hvordan solsystemet utviklet seg i løpet av milliarder av år. I en tid har astronomer diskutert om planeter som Jupiter migrerte til sine nåværende posisjoner, og hvordan dette påvirket solsystemets utvikling. Og det fortsetter å være debatt om hvordan Hovedbeltet dannet seg (dvs. tomt for fullt).
Sist, men ikke minst, kunne den informere fremtidige undersøkelser og la astronomer vite hvilke stjernesystemer som utvikler seg på samme linje som våre egne for milliarder av år siden. Uansett hvor stjernesystemer har ruskeskiver, utleder de tilstedeværelsen av en spesielt massiv gassgigant. Og der de har en disk med to fremtredende støvbelter, kan de utlede at den også vil bli et system som inneholder mange planeter og og to belter.
