Når man søger efter planter uden for solenergi, stoler astronomer ofte på en række indirekte teknikker. Af disse er Transit-metoden (alias Transit Photometry) og Radial Speed-metoden (aka. Doppler Spectroscopy) de to mest effektive og pålidelige (især når de bruges i kombination). Desværre er direkte billeddannelse sjælden, da det er meget vanskeligt at få øje på en svag exoplanet midt i dets stjernestars blænding.
Forbedringer i radiointerferometre og nær-infrarød billeddannelse har imidlertid gjort det muligt for astronomer at forestille protoplanetære diske og udlede baner fra exoplaneter. Ved hjælp af denne metode optog et internationalt team af astronomer for nylig billeder af et nyligt dannende planetarisk system. Ved at studere hullerne og ringlignende strukturer i dette system var teamet i stand til at antage den mulige størrelse på en exoplanet.
Undersøgelsen med titlen "Ringe og huller på disken omkring Elias 24 afsløret af ALMA" dukkede for nylig op i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society. Holdet blev ledet af Giovanni Dipierro, en astrofysiker fra University of Leicester, og omfattede medlemmer fra Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), det fælles ALMA-observatorium, National Radio Astronomy Observatory, Max-Planck Institute for Astronomy, og flere universiteter og forskningsinstitutter.
Tidligere er ringe af støv blevet identificeret i mange protoplanetære systemer, og deres oprindelse og forhold til planetarisk dannelse er genstand for meget debat. På den ene side kan de være resultatet af støv, der hoper sig op i visse regioner, af tyngdeinstabiliteter eller endda variationer i støvets optiske egenskaber. Alternativt kan de være resultatet af planeter, der allerede har udviklet sig, og som får støvet til at sprede sig, når de passerer gennem det.
Som Dipierro og hans kolleger forklarede i deres undersøgelse:
”Det alternative scenarie påkalder diske, der er dynamisk aktive, hvor planeter allerede er dannet eller er i form af dannelse. En indlejret planet vil begejse densitetsbølger i den omgivende skive, der derefter afsætter deres vinkelmoment, når de spredes. Hvis planeten er massiv nok, resulterer udvekslingen af vinkelmomentum mellem de bølger, der er skabt af planeten og disken, i dannelsen af en enkelt eller flere huller, hvis morfologiske træk er tæt knyttet til de lokale diskforhold og planetens egenskaber. ”
Af hensyn til deres undersøgelse anvendte teamet data fra Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) Cykel 2-observationer - som begyndte tilbage i juni 2014. På den måde kunne de forestille støvet omkring Elias 24 med en opløsning på ca. 28 AU (dvs. 28 gange afstanden mellem Jorden og Solen). Hvad de fandt, var bevis på huller og ringe, der kunne være en indikation af en kredsende planet.
Fra dette konstruerede de en model af systemet, der tog hensyn til massen og placeringen af denne potentielle planet og hvordan fordelingen og tætheden af støv ville få det til at udvikle sig. Som de antyder i deres undersøgelse, gengiver deres model observationer af støvringen ganske godt og forudsagde tilstedeværelsen af en Jupiter-lignende gasgigant inden for fireogtyve tusinde år:
”Vi finder ud af, at støvemissionen over disken er i overensstemmelse med tilstedeværelsen af en indlejret planet med en masse på? 0,7? MJ ved en orbitalradius på? 60? Au… Overfladelysstyrke kortet for vores diskmodel giver en rimelig match til de spalte- og ringlignende strukturer, der er observeret i Elias 24, med en gennemsnitlig uoverensstemmelse på 5 pct. Af de observerede fluxer omkring spalteområdet. ”
Disse resultater forstærker konklusionen om, at hullerne og ringerne, der er blevet observeret i en lang række unge, rundt omliggende stjerneskiver indikerer tilstedeværelsen af kredsende planeter. Som teamet antydede, er dette i overensstemmelse med andre observationer af protoplanetære diske og kan hjælpe med at kaste lys over processen med planetdannelse.
”Det billede, der fremgår af den nylige højopløsning og observationer med høj følsomhed af protoplanetære diske, er, at hul og ringlignende funktioner er fremherskende i en lang række diske med forskellige masser og aldre,” konkluderer de. "Nye ALMA-billeder i høj opløsning og høj trofasthed af støvvarme- og CO-linieemission og højkvalitetsspredningsdata vil være nyttige til at finde yderligere bevis på mekanismerne bag deres dannelse."
En af de hårdeste udfordringer, når det kommer til at studere dannelsen og udviklingen af planeter, er det faktum, at astronomer traditionelt har været ude af stand til at se processerne i handling. Men takket være forbedringer i instrumenter og evnen til at studere ekstrasolstjernersystemer har astronomer været i stand til at se systemer på forskellige punkter i dannelsesprocessen.
Dette hjælper igen med at forfine vores teorier om, hvordan solsystemet blev, og måske en dag tillader os at forudsige nøjagtigt, hvilke slags systemer der kan dannes i unge stjernesystemer.
