Beliggende omkring 129 lysår fra Jorden i retning af Pegasus-stjernebilledet er det relativt unge stjernesystem af HR 8799. Fra og med 2008 blev fire eksoplaneter i kredsløb opdaget i dette system, der - sammen med exoplaneten Formalhaut b - var de allerførste til at være bekræftet ved hjælp af den direkte billeddannelsesteknik. Og med tiden er astronomen kommet til at tro, at disse fire planeter er i resonans med hinanden.
I dette tilfælde kredser de fire planeter deres stjerne med en 1: 2: 4: 8-resonans, hvilket betyder, at hver planets orbitalperiode er i et næsten præcist forhold med de andre i systemet. Dette er et relativt unikt fænomen, som inspirerede en Jason Wang - en kandidatstuderende fra Berkeley-armen fra den NASA-sponsorerede Nexus til Exoplanet System Science (NExSS) - til at fremstille en video, der illustrerer deres orbital dance.
Brug af billeder opnået af W.M. Keck-observatoriet over en syv års periode giver Wangs video et glimt af disse fire eksoplaneter i bevægelse. Som du kan se nedenfor, er den centrale stjerne mørklagt, så lyset, der reflekteres fra dens planeter, kan ses. Og selvom det ikke viser planeterne, der afslutter en fuld orbitalperiode (hvilket ville tage årtier og endda århundreder), illustrerer det smukt den resonans, der findes mellem stjernens fire planeter.
Som Jason Wang fortalte Space Magazine via e-mail:
”Data blev opnået over 7 år fra et af de 10 meter Keck-teleskoper af et team af astronomer (Christian Marois, Quinn Konopacky, Bruce Macintosh, Travis Barman og Ben Zuckerman). Christian reducerede hver af de 7 epoker af data for at lave 7 rammer med data. Derefter lavede jeg en film ved hjælp af en bevægelsesinterpolation til at interpolere disse 7 rammer i 100 rammer for at få en glat video, så den ikke er hakket (som om vi kunne se dem hver måned fra Jorden). ”
Billederne af de fire eksoplaneter blev oprindeligt taget af Dr. Christian Marois fra National Research Council of Canadas Herzberg Institute of Astrophysics. Det var i 2008, at Marois og hans kolleger opdagede de første tre af HR 8799's planeter - HR 8799 b, c og d - ved hjælp af direkte billeddannelsesteknik. På samme tid meddelte et hold fra UC Berkeley opdagelsen af Fomalhaut b, også ved hjælp af direkte billeddannelse.
Disse planeter blev alle bestemt til at være gasgiganter med samme størrelse og masse med mellem 1,2 og 1,3 gange størrelsen på Jupiter og 7 til 10 gange dens masse. På det tidspunkt, hvor de blev fundet, blev HR 8799 d antaget at være den nærmeste planet til dens stjerne i en afstand af ca. 27 astronomiske enheder (AU'er) - mens de to andre kredsløb i afstande på henholdsvis 42 og 68 AU'er.
Det var først bagefter, at holdet indså, at planeterne allerede var blevet observeret i 1998. Dengang havde Hubble-rumteleskopets nærinfrarøde kamera og multiobjekt-spektrometer (NICMOS) fået lys fra systemet, der indikerede tilstedeværelsen af planeter. Dette blev dog ikke gjort klart, efter at en nyudviklet billedbehandlingsteknik var blevet installeret. Derfor "pre-discovery" gik ubemærket hen.
Yderligere observationer i 2009 og 2010 afslørede eksistensen af fjerde planet - HR 8799 e - som havde en bane, der placerede den inde i de andre tre. Alligevel er denne planet femten gange længere væk fra sin stjerne end Jorden er fra Solen, hvilket resulterer i en orbital periode på ca. 18.000 dage (49 år). De andre tager henholdsvis 112, 225 og 450 år at gennemføre en bane på HR 8799.
I sidste ende besluttede Wang at fremstille videoen (som ikke var hans første) for at illustrere, hvor spændende søgningen efter exoplaneter kan være. Som han udtrykte det:
”Jeg havde skrevet denne bevægelsesinterpolationsalgoritme til et andet exoplanet-system, Beta Pictoris b, hvor vi ser en planet på en kant-på-bane, der ser ud som om den dykker ned i sin stjerne (den cirkler faktisk bare foran den). Vi ønskede at gøre det samme for HR 8799 for at bringe dette system til live og dele vores spænding ved direkte billeddannelse af exoplaneter. Jeg synes, det er ganske forbløffende, at vi har teknologien til at se andre verdener omgå andre stjerner. ”
Derudover henleder videoen opmærksomheden på et stjernesystem, der giver nogle unikke muligheder for exoplanet-forskning. Da HR 8799 var det første multiplaneetiske system, der blev direkte afbildet, betyder det, at astronomer direkte kan observere bane for de fire planeter, observere deres dynamiske interaktion og bestemme, hvordan de kom til deres nutidige konfiguration.
Astronomer vil også være i stand til at tage spektre af disse planeters atmosfærer for at studere deres sammensætning og sammenligne dette med vores eget solsystemets gasgiganter. Og da systemet egentlig er ganske ung (kun 40 millioner år gammelt), kan det fortælle os meget om planetdannelsesprocessen. Sidst, men ikke mindst, kan deres brede kredsløb (en nødvendighed i betragtning af deres størrelse) betyde, at systemet er mindre end stabilt.
I fremtiden vil astronomer ifølge Wang følge med for at se, om nogen planeter bliver kastet ud af systemet. Jeg ved ikke om dig, men jeg ville overveje, at en video, der illustrerer, at en af HR 8799's gasgiganter, der bliver startet ud af sit system, også ville være temmelig inspirerende!
