370 lysår unna oss lager et solsystem babyplaneter. Stjernen i sentrum for det hele er ung, bare rundt 6 millioner år gammel. Og babyene er to enorme planeter, sannsynligvis begge gassgigantene, som pleier på gassformet materiale fra stjernens omringede disk.
Vertsstjernen i dette systemet kalles PDS 70. PDS 70 er litt mindre og mindre massiv enn Solen vår, og fremhever fremdeles saken selv. Denne unge stjernen er en T Tauri-stjerne, som i utgangspunktet betyr at de er veldig unge og bare begynner i livet. Fordi den er så ung, er planeter fortsatt i ferd med å dannes i bane rundt den. Og å se begynnende planeter som fortsatt dannes er noe astronomer først nå begynner å bli gode på.
"Dette er den første utvetydige deteksjonen av et system med to planter som skjærer ut en diskgap."
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
Det som gjør bildene av disse unge, fortsatt dannende planetene interessante, er at de er bevis som støtter vår mangeårige teori om hvordan planeter dannes i unge solsystemer. Den teorien kalles nebular hypothesis og den har eksistert i flere tiår, men uten observasjonsbevis for å sikkerhetskopiere den.
Nebular hypotesen
Stjerner dannes fra massive skyer med stort sett hydrogen kalt molekylære skyer. Molekylære skyer er gravitasjonsmessige ustabile og gassen har en tendens til å klumpe seg sammen. Etter hvert begynner en av disse klumpene å snøballere og bli større og større. Når det gjør det, flater skyen ut som en pannekake, og begynner å rotere, og når den sentrale klumpen blir tett nok, tennes den til en fusjon og en stjerne blir født. Mange stjerner er i binære systemer, når det dannes to stjerner fra molekylær skyen.
Men stjernen i sentrum er ikke den eneste klumpen. Andre, mindre klumper dannes i den roterende gassen, og de kan danne seg til planeter. Noen av de gassformige planetene, som Jupiter og Saturn i vårt eget solsystem, kan bli veldig store. (Astronomer omtaler noen ganger Jupiter og Saturn som “mislykkede stjerner” fordi de var på vei til å bli stjerner, men ikke helt kunne komme dit.)
Hvis du kunne fryse prosessen der, ville du se en ung stjerne i sentrum av en flat, roterende sky av gass. Men i bensinen vil du se ringformede gap, der planeter er opptatt med å feie opp materiale og bli, vel, planeter. Den prosessen kalles akkresjon. Og det er ikke lenger en molekylær sky, nå kalles det en "protoplanetær disk", fordi det er en diskform og prototplaneter dannes i den.
Og det er akkurat det astronomer ser.
Se de faktiske planetene
Det som er kult med disse nye bildene, er at vi ikke bare kan se hullene og ringene som signaliserer tilstedeværelsen av en planet, vi kan se faktiske planeter selv. Og det er bare andre gang vi med sikkerhet har sett et system med to planter som gjør hull på disken. (Et system med fire planeter kalt HR 8799 ble avbildet i 2008.)
"Vi ble veldig overrasket da vi fant den andre planeten."
Sebastiaan Haffert, hovedforfatter, Leiden observatorium.
"Dette er den første utvetydige deteksjonen av et system med to planeter som skjærer ut en diskgap," sa Julien Girard fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.
I denne nye studien, publisert i 3. juni utgave av Nature Astronomy, brukte teamet av astronomer MUSE Spectrograph på European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT.)
Det er en tøff oppgave å se på en protoplanetær disk. Ikke bare er stjernen virkelig lys, og dominerer bildet, men alt gass og støv på disken kan blokkere lyset fra de dannende planetene. MUSE-instrumentet har makten til å sortere lås på lyset som frigjøres av hydrogenet i skyen, som er et tegn på at hydrogen samler seg inn i stillformende planeter.
"Vi ble veldig overrasket da vi fant den andre planeten," sier Sebastiaan Haffert fra Leiden Observatory, hovedforfatter på papiret.
“Med fasiliteter som ALMA, Hubble eller store bakkebaserte optiske teleskoper med adaptiv optikk ser vi disker med ringer og hull overalt. Det åpne spørsmålet har vært, er det planeter der? I dette tilfellet er svaret ja, forklarte Girard.
Det teamet oppdaget var en planet som heter PDS 70c. (En annen planet i det samme systemet, kalt PDS 70b, ble først oppdaget for omtrent ett år siden.)
Den nye planeten, PDS 70c, er nær ytterkanten av disken, og ligger omtrent 3,3 milliarder miles fra stjernen. Det er omtrent den samme avstanden som Neptune er fra solen. Astronomer har bare foreløpige estimater av klodens masse, men de estimerer at PDS 70c er mellom 1 og 10 ganger så massiv som Jupiter.
Den tidligere oppdagede planeten, PDS 70b, ligger omtrent 2 milliarder miles fra stjernen, omtrent den samme som Uranus i solsystemet vårt. Det er massen mellom 4 og 17 ganger massen til Jupiter.
Nå venter vi. For James Webb-teleskopet
Å få bilder av disse unge eksoplanetene er en slags lykkelig ulykke for MUSE-spektrografen. Instrumentet ble opprinnelig utviklet for å studere galakser og stjerneklynger. Men som det viser seg, er det bra med å oppdage eksoplaneter i ferd med å danne seg. Og den ulykken har bidratt til å flytte nebularhypotesen fra hypotese til akseptert teori.
“Denne nye observasjonsmodusen ble utviklet for å studere galakser og stjerneklynger med høyere romlig oppløsning. Men denne nye modusen gjør den også egnet for exoplanet-avbildning, som ikke var den opprinnelige vitenskapsdriveren for MUSE-instrumentet, ”sa Haffert.
I fremtiden, (fremtiden som stadig blir forsinket,) vil James Webb Space Telescope (JWST) fremme studiet av unge planeter som dannes i disse disker. Når den uendelige ventetiden på at det avanserte romteleskopet er over, skal kraften gi astronomer mulighet til å nullstille inn veldig spesifikke bølgelengder av lys som sendes ut ved å hente hydrogen.
Det betyr at forskere vil kunne måle temperaturen på hydrogengassen på disken, så vel som dens tetthet. Å vite begge tingene vil hjelpe oss å virkelig forstå hvordan gassgigantplaneter dannes.
Men foreløpig har vi i det minste bilder av planetene, og når astronomer ser ut i galaksen og ser disse unge stjernesystemene, og hullene i diskene, kan de være sikre på at det faktisk er planeter der.
