Kunstnerens konsept av Jupiter-lignende planet som kretser rundt en stjerne. Bildekreditt: NASA Trykk for større bilde
Ved å bruke NASAs Spitzer-romteleskop har et team av astronomer ledet av University of Rochester oppdaget hull som ringer de støvete skivene rundt to veldig unge stjerner, noe som antyder at det har dannet seg gassgigantplaneter der. For et år siden fant de samme forskerne bevis på den første "babyplaneten" rundt en ung stjerne, og utfordret de fleste astrofysikeres modeller for formasjon av gigantisk planet.
De nye funnene i 10. utgave av Astrophysical Journal Letters forsterker ikke bare ideen om at gigantiske planeter som Jupiter danner mye raskere enn forskere tradisjonelt har forventet, men en av de gassbelagte stjernene, kalt GM Aurigae, er analog med vår egen solsystemet. Bare 1 million år gammel gir stjernen et unikt vindu i hvordan vår egen verden kan ha blitt til.
"GM Aurigae er egentlig en mye yngre versjon av vår sol, og gapet på disken er omtrent samme størrelse som plassen som er opptatt av våre egne gigantiske planeter," sier Dan Watson, professor i fysikk og astronomi ved University of Rochester og leder for forskerteamet for Spitzer IRS Disks. "Å se på det er som å se på babybilder av solen og det ytre solsystemet vårt," sier han.
"Resultatene utgjør en utfordring for eksisterende teorier om formasjon av gigantisk planet, særlig de der planeter bygger seg gradvis opp over millioner av år," sier Nuria Calvet, professor i astronomi ved University of Michigan og hovedforfatter av papiret. Studier som denne vil til slutt hjelpe oss med å forstå hvordan våre ytre planeter, så vel som andre i universet, dannes.
De nye "babyplanetene" lever innenfor lysplassene de har skuret ut på diskene rundt stjernene DM Tauri og GM Aurigae, 420 lysår unna i Taurus-stjernebildet. Disse diskene har i flere år blitt mistenkt for å ha sentrale hull som kan være på grunn av planetdannelse. De nye spektraene etterlater imidlertid ingen tvil: Hullene er så tomme og skarpe kanter at planetdannelse er den desidert mest fornuftige forklaringen på deres utseende.
De nye planetene kan ennå ikke sees direkte, men Spitzers Infrared Spectrograph (IRS) instrument viste tydelig at et område med støv som omgir visse stjerner manglet, noe som sterkt antydet tilstedeværelsen av en planet rundt hver. Støvet i en protoplanetær skive er varmere i sentrum nær stjernen, og stråler så det meste av lyset på kortere bølgelengder enn den kjøligere ytre rekkevidden til disken. IRS Disks-teamet fant ut at det var et brått lysunderskudd på alle korte infrarøde bølgelengder, noe som sterkt antydet at den sentrale delen av disken var fraværende. Disse stjernene er veldig unge etter stjernestandard, omtrent en million år gamle, fremdeles omgitt av sine embryonale gassdisker. Den eneste levedyktige forklaringen på fraværet av gass som kan oppstå i løpet av stjernens korte levetid, er at en planet "mest sannsynlig en gassgigant som vår Jupiter" er i bane rundt stjernen og gravitasjonelt "feier ut" gassen innenfor den avstanden fra stjerne.
I likhet med fjorårets funn av unge planter, representerer disse observasjonene en utfordring for alle eksisterende teorier om formasjon av gigantiske planter, spesielt de som er "kjernetilknytning" -modellene der slike planeter er bygget opp ved akkresjon av mindre kropper, som krever mye mer tid til å bygge en gigantisk planet enn disse systemenes alder.
IRS Disks-teamet oppdaget noe annet nysgjerrig på GM Aurigae. I stedet for en enkel sentral rensing av støvskiven, som i de andre undersøkte tilfellene, har GM Aurigae et klart gap i disken som skiller en tett, støvete ytre disk fra en spiss indre. Dette kan enten være et mellomtrinn når den nye planeten renser ut støvet som omgir den og fører til en fullstendig sentral lysning som de andre "babyplaneten" -skivene, eller det kan være et resultat av at flere planeter dannes på kort tid og feier ut støvet på en mer kompleks måte.
GM Aurigae har 1,05 ganger massen av vår sol - en nær tvilling? Så den vil utvikle seg til en stjerne som er veldig lik solen. Hvis det ble lagt på vårt eget solsystem, ville det oppdagede gapet strekke seg omtrent fra Jupiters bane (460 millioner miles) til bane til Uranus (1,7 milliarder miles). Dette er det samme området som gassgigantplanetene i vårt eget system dukker opp. Små planeter som ikke er gassgigantiske, steinete verdener som Jorden, ville ikke feie opp så mye materiale, og det kan derfor ikke oppdages fra fravær av støv.
Spitzer-romteleskopet ble lansert i bane 25. august 2003. Forskningsteamet til IRS Disks ledes av medlemmer som bygde Spitzers infrarøde spektrograf, og inkluderer astronomer ved University of Rochester, Cornell University, University of Michigan, the Autonomous National University of Mexico, University of Virginia, Ithaca College, University of Arizona, og UCLA. NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, California, administrerer Spitzer Space Telescope-oppdraget for NASAs Science Mission Directorate, i Washington. Vitenskapelige operasjoner utføres ved Spitzer Science Center ved California Institute of Technology, også i Pasadena.
