Astronomer liker å observere fjerne unge stjerner når de dannes. Stjerner er født av en molekylær sky, og når nok av saken i den skyen klumper seg sammen, antennes fusjon og en stjerne begynner livet. Restmaterialet fra dannelsen av stjernen kalles en omskjærende skive.
Når materialet i den omkretsstillende skiven virvler rundt den nå roterende stjernen, klumper det seg opp i individuelle planeter. Når det dannes planeter i den, etterlater de hull på disken. Eller slik tenker vi.
En av de mest observerte unge stjernene kalles HL Tauri. Det er i stjernebildet Tyren og er omtrent 450 lysår unna. Atacama Large Millimeter Array (ALMA) tok et kjent bilde av HL Tauri i 2014. Det bildet er det skarpeste bildet som noen gang er tatt av ALMA.
Siden den gang har astronomer observert andre unge stjerner, og også funnet hull på disker. Vær oppmerksom på at ALMA, som navnet sier oss, ikke er et synlig lysteleskop. Det er så mye gass og støv i omkretsskilt at synlig lys er ubrukelig for å studere dem. ALMA observerer i bølgelengder av lys mellom infrarøde og radiobølger, slik at den kan se inn i den virvlende disken av gass og støv.
En ny studie så på 18 unge stjerner og disker deres, og fant bevis på at 8 av disse stjernene har det de kaller “hastighetsknekk” som kan signalisere tilstedeværelsen av unge, fremdeles dannende planeter. Studien har tittelen "Ni lokaliserte avvik fra keplerisk rotasjon i DSHARP Circumstellar Disks: Kinematic Evidence for Protoplanets Carving the Gaps." Ledende forfatter av studien er Christophe Pinte fra Monash University, Australia og University of Grenoble Alpes, Frankrike). Oppgaven er publisert i The Astrophysical Journal Letters.
Selv om astronomer kan se hullene i sirkastellariske disker, kan de ikke se planetene. Etter årelange forsøk med noen av verdens beste teleskoper, har astronomer bare direkte avbildet en enkelt eksoplanett i et gap rundt en stjerne. Så selv om det kan virke åpenbart at babyplaneter er ansvarlige, og det egentlig ikke er noen annen måte de kan danne seg, er det fortsatt en uprovosert teori. Denne nye studien er med på å gjøre tilfelle at i det minste noen av de observerte hullene i omkretsskivene er forårsaket av planeter.
Denne studien brukte data fra Disk Substructures at High Angular Resolution (DSHARP) -prosjektet. DSHARP bruker ALMA for å studere nærliggende lyshindrende disker (også kalt protoplanetære disker). I følge nettstedet er DSHARP "designet for å vurdere utbredelse, former, plasseringer, størrelser og amplituder av småskala understrukturer i distribusjonen av diskmaterialet og hvordan de kan være relatert til planettingsprosessen."
Det er andre kandidatforklaringer for hullene i diskene. Den ene er snølinjer, eller frostlinjer. I en omkretsstellbar ruskeskive er en frostlinje avstanden fra stjernen der den er kald nok til at flyktige stoffer fryser. Dette inkluderer ikke bare vann, men også ammoniakk, metan, karbondioksid og andre. Utover frostlinjen fryser disse stoffene til faste iskorn.
En annen mulig forklaring på disse gapene er sintring av støvkorn. Det er når støv komprimerer til en solid struktur gjennom varme og trykk, men uten å smelte. Et team av forskere utforsket denne ideen i denne artikkelen.
Andre kandidater inkluderer magneto-hydrodynamiske effekter, zonale strømmer og selvinduserte støvfeller. Etter ALMA-bildet i 2014 av HL Tauri og dens ringer publiserte forskere en rekke artikler som presenterte bevis til fordel for alle disse mulige forklaringene.
Men ingen av dem er så spennende som babyplanetenes forklaring. Og siden vi nå vet at de fleste, om ikke alle, verter eksoplaneter, er det fornuftig.
ALMA tar ikke bare bilder av disse unge stjernene og avfallsskivene deres. Den bruker sin makt til å studere gassdistribusjonen i diskene. Bildet nedenfor er fra den nye studien. Den sammenligner gassfordeling på fem disker med hastighetsmålinger av den samme disken.
I hjertet av denne nye studien er det som kalles "hastighetskonk."
Den sirkumstellare avfallsdisken rundt HL Tauri og andre unge stjerner er stort sett laget av gass, og den roterer. Når den roterer, styres bevegelsen av keplerisk hastighet. Keplerian hastighet beskriver hvordan en disk med materiale skal bevege seg når den er dominert av en massiv kropp i sentrum. Men som bildet over viser, er det knekk i gassen. I følge forfatterne av den nye artikkelen er disse knekkene bevis på unge planeter.
Fra papiret: "Innebygde planeter forstyrrer den kepleriske gasstrømmen i deres nærhet, og lanserer spiralbølger ved Lindblad-resonanser både i og utenfor banene deres."
For minst en av de 20 unge stjernene er den forstyrrede strømmen et bevis på store gassgiganter: “Nøyaktige målinger av rotasjonskurver avslørte for eksempel radiale trykkgradienter og vertikale strømmer, sannsynligvis drevet av hull som er skåret i gassoverflatetettheten av Jupiter -masse planeter på disken til HD 163296. ”
Studien presenterer mange sterke bevis til støtte for protoplaneter. Men forfatterne erkjenner at det kan være andre årsaker. En av dem ligger i selve dataene.
"Flere observasjonseffekter og fysiske mekanismer kan produsere funksjoner i kanalkartene som ser ut som hastighetshopp," sier forfatterne. "Den mest åpenbare er gjenoppbyggingsprosessen med et lavt signal-til-støy-forhold som ofte resulterer i ujevn utslipp som kan forveksles med kinks. Vi kan ikke utelukke at slike gjenstander er til stede i DSHARP-dataene… ”
Men de har tatt skritt for å eliminere disse feilene, og til slutt slutter de med flere uttalelser i sammendrag:
- "Vi fant ni lokaliserte (kanalspesifikke) hastighetsforstyrrelser som indikerer bevegelse uten kepler i DSHARP-observasjoner av 8 protoplanetære disker, av de 18 utvalgte kildene."
- "Tilstedeværelsen av innebygde planeter ville naturlig nok forklare både kontinuumringene og gasshastighetsavvik fra Keplerian rotasjon."
- "Hvis planeter virkelig er ansvarlige for disse tentative hastighetsknekkene, bør de ha masser av størrelsen som en Jupiter-masse."
- I flere tilfeller kunne forfatterne ikke komme til endelige konklusjoner. "... ikke-retninger på andre disker eller i andre hull på disker der vi oppdaget en knekk, innebærer ikke nødvendigvis fraværet av Jupiter-masseplaneter."
Så der har vi det. Dette grundige og interessante papiret fremmer ideen om at hull i sirkelskjellrester disker faktisk er forårsaket av babyplaneter.
Når vår observasjonsmakt vokser, og når teleskoper som James Webb og andre blir operative, vil bevisene sannsynligvis bli mer avgjørende.
Men innen vitenskap vet du ikke før du vet det.
Mer:
- Pressemelding: Utvalgt bilde: Bevis for planeter i disker?
- Forskningsdokument: Ni lokaliserte avvik fra keplerisk rotasjon i DSHARP Circumstellar Disks: Kinematic Evidence for Protoplanets Carving the Gaps
- Space Magazine: Se på denne fascinerende variasjonen av planetdannende plater rundt andre stjerner
