I henhold til de nuværende skøn kan der være så mange som 100 milliarder planeter i Melkevejsgalaksen alene. Desværre er det svært og tidskrævende at finde bevis for disse planeter. For det meste er astronomer tvunget til at stole på indirekte metoder, der måler dips i en stjernes lysstyrke (Transit-metoden) af Doppler-målinger af stjernens egen bevægelse (Radial Velocity Method).
Direkte billeddannelse er meget vanskelig på grund af den annullerende virkning stjerner har, hvor deres lysstyrke gør det vanskeligt at se planeter, der kredser rundt om dem. Heldigvis har en ny undersøgelse ledet af Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) ved Caltech bestemt, at der kan være en genvej til at finde exoplaneter ved hjælp af direkte billeddannelse. Løsningen, hævder de, er at se efter systemer med en circumstellar affaldsskive, for de er sikker på at have mindst en kæmpe planet.
Undersøgelsen, med titlen "En direkte billeddannelsesundersøgelse af spiser-opdagede affaldsskiver: forekomst af gigantplaneter i støvede systemer", dukkede for nylig op i The Astronomical Journal. Tiffany Meshkat, assisterende forsker ved IPAC / Caltech, var hovedforfatter på undersøgelsen, som hun udførte, mens hun arbejdede på NASAs Jet Propulsion Laboratory som postdoktor.
Af hensyn til denne undersøgelse undersøgte Dr. Meshkat og hendes kolleger data om 130 forskellige enkeltstjernersystemer med affaldsskiver, som de derefter sammenlignede med 277 stjerner, der ikke ser ud til at være vært for diske. Disse stjerner blev alle observeret af NASAs Spitzer-rumteleskop og var alle relativt unge i alder (mindre end 1 milliard år). Af disse 130 systemer var 100 tidligere blevet undersøgt med henblik på at finde eksoplaneter.
Dr. Meshkat og hendes team fulgte derefter op på de resterende 30 systemer ved hjælp af data fra W.M. Keck-observatoriet på Hawaii og Det Europæiske Sydlige Observatorium (ESO) Very Large Telescope (VLT) i Chile. Mens de ikke opdagede nogen nye planeter i disse systemer, hjalp deres undersøgelser med at kendetegne overflod af planeter i systemer, der havde diske.
Hvad de fandt, var, at unge stjerner med affaldsskiver mere sandsynligt også har kæmpe eksoplaneter med brede kredsløb end dem, der ikke gør det. Disse planeter havde sandsynligvis også fem gange massen af Jupiter, hvilket gjorde dem til "Super-Jupiters". Som Dr. Meshkat forklarede i en nylig pressemeddelelse fra NASA, vil denne undersøgelse være til hjælp, når det er tid for exoplanet-jægere at vælge deres mål:
”Vores forskning er vigtig for, hvordan fremtidige missioner planlægger, hvilke stjerner der skal observeres. Mange planeter, der er fundet gennem direkte billeddannelse, har været i systemer, der havde affaldsskiver, og nu ved vi, at støvet kan være indikatorer for uopdagede verdener. ”
Denne undersøgelse, som var den største undersøgelse af stjerner med støvede affaldsskiver, leverede også det bedste bevis til dato, at kæmpeplaneter er ansvarlige for at holde affaldsskiver i skak. Mens forskningen ikke direkte løste, hvorfor tilstedeværelsen af en gigantisk planet ville forårsage, at der dannes snavsskiver, angiver forfatterne, at deres resultater er i overensstemmelse med forudsigelser om, at affaldsskiver er produkterne fra kæmpe planeter, der omrører og forårsager støvkollisioner.
Med andre ord tror de, at tyngdekraften af en gigantisk planet vil forårsage, at planestimaler kolliderer og således forhindrer dem i at danne yderligere planeter. Som studiemedforfatter Dimitri Mawet, der også er seniorforsker i JPL, forklarede:
”Det er muligt, at vi ikke finder små planeter i disse systemer, fordi disse massive organer tidligt ødelagde byggestenene af stenede planeter, der sender dem smadrer ind i hinanden i høje hastigheder i stedet for forsigtigt at kombinere. ”
Inden i solsystemet skaber de gigantiske planeter slags rester af bælter. For eksempel mellem Mars og Jupiter har du hovedsteroidebæltet, mens ud over Neptun ligger Kuiper-bæltet. Mange af de systemer, der er undersøgt i denne undersøgelse, har også to bælter, skønt de er væsentligt yngre end solsystemets egne bælter - cirka 1 milliard år gamle sammenlignet med 4,5 milliarder år gamle.
Et af systemerne, der blev undersøgt i undersøgelsen, var Beta Pictoris, et system, der har en affaldsdisk, kometer og en bekræftet exoplanet. Denne planet, betegnet Beta Pictoris b, som har 7 Jupiter-masser og kredser om stjernen i en afstand af 9 AU'er - dvs. ni gange afstanden mellem Jorden og Solen. Dette system er direkte afbildet af astronomer ved hjælp af jordbaserede teleskoper.
Interessant nok forudsagde astronomer eksistensen af denne exoplanet længe før det blev bekræftet, baseret på tilstedeværelsen og strukturen af systemets affaldsskive. Et andet system, der blev undersøgt, var HR8799, et system med en affaldsskive, der har to fremtrædende støvbånd. I disse slags systemer udledes tilstedeværelsen af flere gigantiske planeter baseret på behovet for at opretholde disse støvbælter.
Dette menes at være tilfældet for vores eget solsystem, hvor 4 gigantiske år siden gigantiske planeter vendte forbi kometer mod solen. Dette resulterede i den lette tunge bombardement, hvor de indre planeter blev udsat for utallige påvirkninger, der stadig er synlige i dag. Videnskabsmænd mener også, at det var i denne periode, at migrationerne fra Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune afbøjede støv og små kroppe til dannelse af Kuiper Belt og Asteroid Belt.
Dr. Meshkat og hendes team bemærkede også, at systemerne, de undersøgte, indeholdt meget mere støv end vores solsystem, hvilket kunne tilskrives deres forskelle i alder. I tilfælde af systemer, der er omkring 1 milliard år gamle, kan den øgede tilstedeværelse af støv være resultatet af små kroppe, der endnu ikke har dannet større kroppe, der kolliderer. Fra dette kan det udledes, at vores solsystem også engang var meget støvet.
Forfatterne bemærker imidlertid også, at de systemer, de har observeret - som har en kæmpe planet og en affaldsskive - kan indeholde flere planeter, der simpelthen ikke er blevet opdaget endnu. I sidste ende indrømmer de, at der er behov for flere data, før disse resultater kan betragtes som endelige. Men i mellemtiden kunne denne undersøgelse fungere som en guide til, hvor eksoplaneter måtte findes.
Som Karl Stapelfeldt, chefforsker ved NASA's Exoplanet Exploration Program Office og en medforfatter til undersøgelsen, sagde:
"Ved at vise astronomer, hvor fremtidige missioner som NASAs James Webb-rumteleskop har deres bedste chance for at finde gigantiske exoplaneter, baner denne forskning vejen for fremtidige opdagelser."
Derudover kunne denne undersøgelse hjælpe med at informere vores egen forståelse af, hvordan solsystemet udviklede sig i løbet af milliarder af år. I nogen tid har astronomer drøftet, om planeter som Jupiter migrerede til deres nuværende positioner, og hvordan dette påvirkede solsystemets udvikling. Og der er fortsat en debat om, hvordan Main Belt dannedes (dvs. tom for fuld).
Sidst, men ikke mindst, kunne den informere fremtidige undersøgelser og lade astronomer vide, hvilke stjernesystemer der udvikler sig på samme måde som vores egne gjorde for milliarder af år siden. Uanset hvor stjernesystemer har affaldsskiver, udleder de tilstedeværelsen af en særlig massiv gasgigant. Og hvor de har en disk med to fremtrædende støvbælter, kan de udlede, at den også bliver et system, der indeholder mange planeter og og to bælter.
