Når du søker etter ekstrasolplaneter, er astronomer ofte avhengige av en rekke indirekte teknikker. Av disse er Transit Method (aka. Transit Photometry) og Radial Velocity Method (aka. Doppler Spectroscopy) de to mest effektive og pålitelige (spesielt når de brukes i kombinasjon). Dessverre er direkte avbildning sjelden siden det er veldig vanskelig å oppdage en svak eksoplanett midt i gjestenes gjenskinn.
Forbedringer i radiointerferometre og nær-infrarød avbildning har imidlertid gjort at astronomer kan avbilde protoplanetære plater og utlede banene til eksoplaneter. Ved hjelp av denne metoden har et internasjonalt team av astronomer nylig tatt bilder av et nydannende planetarisk system. Ved å studere hullene og ringlignende strukturer i dette systemet, var teamet i stand til å hypotisere den mulige størrelsen på en exoplanet.
Studien, med tittelen “Ringer og gap på platen rundt Elias 24 avslørt av ALMA”, dukket nylig opp i Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society. Teamet ble ledet av Giovanni Dipierro, en astrofysiker fra University of Leicester, og inkluderte medlemmer fra Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Joint ALMA Observatory, National Radio Astronomy Observatory, Max-Planck Institute for Astronomy, og flere universiteter og forskningsinstitutter.
I det siste har ringer av støv blitt identifisert i mange protoplanetære systemer, og deres opprinnelse og forhold til planetarisk dannelse er gjenstand for mye debatt. På den ene siden kan de være et resultat av støv som hoper seg opp i visse regioner, av tyngdeinstabiliteter, eller til og med variasjoner i de optiske egenskapene til støvet. Alternativt kan de være et resultat av planeter som allerede har utviklet seg, og som får støvet til å spre seg når de passerer gjennom det.
Som Dipierro og kollegene forklarte i studien:
”Det alternative scenariet påkaller plater som er dynamisk aktive, der planeter allerede har dannet seg eller er i ferd med å danne seg. En innebygd planet vil vekke tetthetsbølger i den omkringliggende platen, som deretter deponerer sin vinkelmoment når de blir spredt. Hvis planeten er massiv nok, utveksler vinkelmomentumet mellom bølgene skapt av planeten og platen resulterer i dannelse av et enkelt eller flere gap, hvis morfologiske trekk er nært knyttet til de lokale skiveforholdene og planetens egenskaper. "
For studiens skyld brukte teamet data fra Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) syklus 2-observasjoner - som begynte tilbake i juni 2014. På denne måten klarte de å avbilde støvet rundt Elias 24 med en oppløsning på omtrent 28 AU (dvs. 28 ganger avstanden mellom Jorden og Solen). Det de fant var bevis på hull og ringer som kan være en indikasjon på en kretsende planet.
Fra dette konstruerte de en modell av systemet som tok hensyn til massen og plasseringen av denne potensielle planeten og hvordan fordelingen og tettheten av støv ville føre til at den utviklet seg. Som de indikerer i studien, gjengir modellen deres observasjonene av støvringen ganske godt, og spådde tilstedeværelsen av en Jupiter-lignende gassgigant i løpet av førti tusen år:
"Vi opplever at støvutslippet over platen stemmer overens med tilstedeværelsen av en innebygd planet med en masse på? 0,7? MJ ved en orbital radius av? 60? Au… Overflatens lysstyrke kart av vår plate modell gir et rimelig samsvar med spalte- og ringlignende strukturer observert i Elias 24, med en gjennomsnittlig avvik på? 5% per cent av de observerte fluksene rundt spalteområdet. ”
Disse resultatene forsterker konklusjonen at hullene og ringene som er blitt observert i en lang rekke unge omfartsskiver indikerer tilstedeværelsen av kretsende planeter. Som teamet antydet, er dette i samsvar med andre observasjoner av protoplanetære skiver, og kan bidra til å belyse prosessen med planetdannelse.
"Bildet som kommer frem fra den nylige observasjonen av høye oppløsninger og høysensitivitet av protoplanetære plater, er at gap og ringlignende funksjoner er utbredt i et stort utvalg av plater med forskjellige masser og aldre," konkluderer de. "Nye høyoppløselige og høye troverdige ALMA-bilder av støvvarme og CO-ledningsutslipp og høy kvalitet spredningsdata vil være nyttige for å finne ytterligere bevis på mekanismene bak dannelsen av dem.
En av de tøffeste utfordringene når det gjelder å studere dannelsen og utviklingen av planeter er det faktum at astronomer tradisjonelt har vært ute av stand til å se prosessene i aksjon. Men takket være forbedringer i instrumenter og muligheten til å studere ekstrasolstjernersystemer, har astronomer sett systemene på forskjellige punkter i formasjonsprosessen.
Dette hjelper oss med å avgrense teoriene om hvordan solsystemet ble, og kan en dag tillate oss å forutsi nøyaktig hva slags systemer som kan dannes i unge stjernersystemer.
