Astronomer har for første gang oppdaget måner som dannes på disken med rusk rundt et stort eksoplanett. Astronomer har i lang tid mistenkt at det er slik større planeter - som Jupiter i vårt eget solsystem - får månene sine. Det hele skjer rundt en veldig ung stjerne som heter PDS 70, omtrent 370 lysår unna i stjernebildet Centaurus.
"For første gang kan vi endelig se tegnene til en circumplanetary disk ..."
Andrea Isella, hovedforfatter, Rice University
Den aksepterte teorien om hvordan planeter dannes kalles nebularhypotesen. Det hele starter med dannelsen av en stjerne i en enorm sky av gass kalt en gigantisk molekylær sky (GMC). Når stjernen dannes, formes skyen til en roterende flat platet skive med gass og støv som kalles en protoplanetær disk, eller sirkelskjoldskive. Materie begynner å samle seg til klumper på denne disken, og disse klumpene blir til planeter.
Hvis massen til en planet som dannes på disken vokser større enn omtrent 10 jordmasser, skjer det noe annet. På grunn av sin masse åpner den planeten et gap i den protoplanetære disken. Når materialet passerer gjennom dette gapet, kan det komme nær planeten til at planetens tyngdekraft dominerer vertsstjernens tyngdekraft. Dette materialet blir deretter fanget i en circumplanetary disk (CPD) som roterer rundt planeten, som en disk i en disk.
Mye av materialet i en circumplanetary disk er akkretert i den dannende planeten. Men ikke det hele. De samme kreftene som skapte planeter ut av omkretsstasjonen, fungerer. De kan lage måner ut av materialet som roterer på disken rundt planeten.
Nå har et team av astronomer oppdaget denne circumplanetary disken, og måner som dannes i den, for første gang.
Ledende forfatter av studien som skisserer disse funnene er Andrea Isella, en astronom ved Rice University i Houston, Texas. Funnene ble publisert i The Astrophysical Journal-brev, og har tittelen "Detection of Continuum Submillimeter Emission Associated with Candidate Protoplanets."
"Planeter dannes fra plater av gass og støv rundt nyformede stjerner, og hvis en planet er stor nok, kan den danne sin egen disk mens den samler materiale i sin bane rundt stjernen," sa Isella. "Jupiter og dets måner er et lite planetarisk system i solsystemet vårt, for eksempel, og det antas at Jupiters måner ble dannet fra en circumplanetary disk når Jupiter var veldig ung."
Det hele skjer rundt stjernen PDS 70. Den stjernen var i nyhetene for omtrent et år siden da astronomer fanget det første bildet noensinne av en nydannende planet på en omringende skive. Den planeten kalles PDS 70b. Oppdagelsen var store nyheter den gangen, med god grunn.
PDS 70b er ikke den eneste planeten som kretser rundt stjernen. Det er en annen planet, PDS 70c, også i bane, og de er begge gassgiganter. Begge planetene ble oppdaget av European Southern Observatory (ESO) Very Large Telescope (VLT) i optisk og infrarød. Den varme gløden av hydrogen som samler seg inn i planetene er det som ga dem bort.
Teamet kombinerte VLT-observasjonene med nye radioobservasjoner fra Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA.) Resultatet er overbevisende bevis på en protoplanetær disk rundt den ytterste stjernen, PDS 70c.
"For første gang kan vi endelig se de tydelige tegnene på en circumplanetary disk, som hjelper til med å støtte mange av de nåværende teoriene om planetdannelse," sa Andrea Isella, hovedforfatter.
"Ved å sammenligne observasjonene våre med infrarøde og optiske bilder med høy oppløsning, kan vi tydelig se at en ellers gåtefull konsentrasjon av bittesmå støvpartikler faktisk er en planetgjerning av støv, den første slike funksjon som noen gang er endelig observert," sa han. I følge forskerne er dette også første gang at en planet blir tydelig sett i disse tre forskjellige lysbåndene.
Ett spørsmål besvart, et annet spørsmål
PDS 70b og c viser forskjellige egenskaper, og teamet bak denne studien er ikke helt sikker på hva det hele betyr.
"Hva dette er og hva det betyr for dette planetsystemet er ikke kjent ennå."
Andrea Isella, hovedforfatter, Rice University
PDS 70c, parets ytterste stjerne, er like langt fra stjernen som Neptune er fra solen. Det er på nøyaktig samme sted som en åpenbar støvknute sett i ALMA-dataene. Siden denne planeten skinner så sterkt i infrarøde lys og hydrogenbånd av lys, kan astronomene overbevisende si at en fullformet planet allerede er i bane der. De lyse infrarøde båndene og hydrogenbåndene viser at gass i nærheten fremdeles blir samlet på planetens overflate og fullfører sin ungdoms vekstspurt.
Astronomer anslår at PDS 70c er omtrent 1 til 10 ganger massen til Jupiter. "Hvis planeten er i den større enden av dette anslaget, er det ganske mulig at det kan være måner i planetstørrelse i formasjonen rundt den," bemerket Isella.
Men PDS 70b har noe annet på gang. At planetene, som er omtrent like langt fra stjernen som Uranus, er fra solen, har en masse støv som bak seg som en hale. Og astronomene er ikke sikre på hvordan det passer inn.
"Hva dette er og hva det betyr for dette planetsystemet er ennå ikke kjent," sa Isella. "Det eneste avgjørende vi kan si er at det er langt nok fra planeten til å være et selvstendig trekk."
Astronomer er ganske sikre på at prosessen de kan se spille ut rundt PDS 70c er den samme prosessen som arbeidet for å skape Jupiters måner. Det er imidlertid verdt å merke seg at solsystemets andre gassgigant skiller seg fra Jupiter. Saturns måner ble antagelig opprettet som et resultat av en circumplanetary disk, men dens iskalde ringer ble sannsynligvis skapt av kometer og andre steinete kropper som styrtet inn i hverandre.
Disse eksoplanetære systemene er notorisk vanskelige å observere i optisk og infrarødt lys. Energien fra stjernen i de delene av spekteret drukner lyset fra planeter. Men ikke for ALMA.
ALMA fokuserer på radiobølger, og stjerner avgir bare radiobølger svakt. Teamet sier at de kan fortsette å observere PDS 70-systemet med ALMA for å se når det endrer seg og utvikler seg.
"Dette betyr at vi kan komme tilbake til dette systemet i forskjellige tidsperioder og lettere kartlegge planetenes bane og støvkonsentrasjonen i systemet," konkluderte Isella. "Dette vil gi oss unik innsikt i orbitalegenskapene til solsystemer i de aller tidligste stadier av utvikling."
Oppdagelsen av denne circumplanetary disken og de sannsynlige månene som dannes i den er interessant i seg selv, men måten teamet fant disken er også lovende for fremtiden. Mens andre er funnet, er denne studien den mest overbevisende.
"Det er en håndfull kandidatplaneter som er blitt oppdaget på disker, men dette er et veldig nytt felt, og de er fremdeles diskutert," sa Isella. "(PDS 70 b og PDS 70 c) er blant de mest robuste fordi det har vært uavhengige observasjoner med forskjellige instrumenter og teknikker."
I konklusjonen fra papiret sier forfatterne: "Vi hevder at optiske, NIR og (sub) millimeterobservasjoner er svært komplementære fordi de undersøker forskjellige aspekter av planetenes akkresjonsprosesser og blir påvirket av forskjellige systematiske feil." De bemerker også at ALMA alene ikke kan gjøre jobben. Ved å kombinere de forskjellige observasjonene har de åpnet disse eksoplanetene og diskettene sine for en mer detaljert studie.
Fra studien: “Ettersom ALMA og eksisterende optiske teleskoper når sine fulle bildebehandlingsevner, kan kommende observasjoner av nærliggende sirkumstellar-plater preget av hulrom og hull som de som er observert i PDS 70, avsløre flere nyfødte planeter som samhandler med naturdisken. Slike observasjoner er grunnleggende for å undersøke prosessene som er ansvarlige for dannelsen av planetariske systemer. ”
Kilder:
- Pressemelding: 'Månedannende' circumplanetary disk oppdaget i fjernt stjernersystem
- Pressemelding: Månedannende disk oppdaget rundt en fjern planet
- Forskningsoppgave: Påvisning av kontinuum-submillimeterutslipp tilknyttet kandidatprotoplaneter
