Astronomer har for første gang opdaget måner, der dannes i disken med affald omkring en stor eksoplanet. Astronomer har i lang tid mistænkt, at det er sådan, større planeter - som Jupiter i vores eget solsystem - får deres måner. Det hele sker omkring en meget ung stjerne ved navn PDS 70, omkring 370 lysår væk i stjernebilledet Centaurus.
”For første gang kan vi endeligt se de tydelige tegn på en circumplanetary disk…”
Andrea Isella, hovedforfatter, Rice University
Den accepterede teori om, hvordan planeter dannes, kaldes nebularhypotesen. Det hele starter med dannelsen af en stjerne i en enorm sky af gas kaldet en gigantisk molekylær sky (GMC). Når stjernen dannes, formes skyen til en roterende fladskivet gas og støv, der kaldes en protoplanetær disk eller en circumstellar disk. Materiale begynder at samle sig til klumper på denne disk, og disse klumper bliver til planeter.
Hvis massen af en planet, der dannes på disken, vokser større end ca. 10 jordmasser, sker der noget andet. På grund af dens masse åbner denne planet et hul i den protoplanetære disk. Når materiale passerer gennem dette hul, kan det komme tæt på planeten til at planetens tyngdekraft dominerer værtsstjernens tyngdekraft. Dette materiale bliver derefter fanget i en circumplanetary disk (CPD), der roterer rundt om planeten, som en disk inden i en disk.
Meget af materialet i en circumplanetary disk er akkrediteret i den dannende planet. Men ikke det hele. De samme kræfter, der skabte planeter ud af den omkringliggende stjernedisk, fungerer. De kan skabe måner ud af materialet, der roterer på disken rundt om planeten.
Nu har et team af astronomer opdaget denne circumplanetary disk og måner der dannes i den for første gang.
Den største forfatter af undersøgelsen, der skitserer disse fund, er Andrea Isella, en astronom ved Rice University i Houston, Texas. Resultaterne blev offentliggjort i The Astrophysical Journal-breve og har titlen "Detektion of Continuum Submillimeter Emission Associated with Candidate Protoplanets."
”Planeter dannes fra skiver med gas og støv omkring nyligt dannede stjerner, og hvis en planet er stor nok, kan den danne sin egen disk, når den samler materiale i sin bane omkring stjernen,” sagde Isella. "Jupiter og dens måner er for eksempel et lille planetarisk system i vores solsystem, og det antages, at Jupiters måner dannede sig fra en circumplanetary disk, da Jupiter var meget ung."
Det hele foregår omkring stjernen PDS 70. Den stjerne var i nyhederne for et år siden, da astronomer fangede det første nogensinde billede af en nyligt dannende planet på en circumstellar-disk. Denne planet kaldes PDS 70b. Opdagelsen var store nyheder på det tidspunkt, med god grund.
PDS 70b er ikke den eneste planet, der kredser om stjernen. Der er en anden planet, PDS 70c, også i kredsløb, og de er begge gasgiganter. Begge disse planeter blev opdaget af Det europæiske sydlige observatorium (ESO) Very Large Telescope (VLT) i optisk og infrarød. Den varme glød af brint, der samler sig ind i paret planeter, er det, der gav dem væk.
Holdet kombinerede VLT-observationer med nye radioobservationer fra Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA.) Resultatet er overbevisende bevis for en protoplanetær disk omkring den yderste stjerne, PDS 70c.
”For første gang kan vi endeligt se de tydelige tegn på en circumplanetary disk, som hjælper med at understøtte mange af de nuværende teorier om planetdannelse,” sagde Andrea Isella, hovedforfatter.
"Ved at sammenligne vores observationer med infrarøde og optiske billeder i høj opløsning, kan vi tydeligt se, at en ellers gåtefuld koncentration af små støvpartikler faktisk er en planetdækkende støvskive, den første sådan funktion nogensinde endeligt observeret," sagde han. Ifølge forskerne er dette også første gang, at en planet ses tydeligt i disse tre forskellige bånd af lys.
Et spørgsmål besvaret, et andet spørgsmål stillet
PDS 70b og c viser forskellige egenskaber, og teamet bag denne undersøgelse er ikke helt sikker på, hvad det hele betyder.
”Hvad dette er, og hvad det betyder for dette planetariske system, vides endnu ikke.”
Andrea Isella, hovedforfatter, Rice University
PDS 70c, parets yderste stjerne, er lige så langt fra sin stjerne som Neptune fra solen. Det er nøjagtigt samme sted som en åbenlys støvknude, der ses i ALMA-dataene. Da denne planet skinner så lyst i infrarøde lys og brintbånd af lys, kan astronomerne overbevisende sige, at en fuldt ud dannet planet allerede er i bane der. De lyse infrarøde bånd og brintbånd viser, at nærliggende gas stadig bliver samlet på planetens overflade og afslutter sin ungdomsvækstspurt.
Astronomer estimerer, at PDS 70c er cirka 1 til 10 gange Jupiters masse. ”Hvis planeten er i den større ende af dette estimat, er det meget muligt, at der kan være planeter i månestørrelse i dannelsen omkring det,” bemærkede Isella.
Men PDS 70b har noget andet i gang. Disse planeter, der er omtrent den samme afstand fra dens stjerne som Uranus er fra solen, har en masse støv bagefter som en hale. Og astronomerne er ikke sikre på, hvordan det passer ind.
”Hvad dette er, og hvad det betyder for dette planetariske system, vides endnu ikke,” sagde Isella. "Den eneste afgørende ting, vi kan sige, er, at det er langt nok fra planeten til at være et uafhængigt træk."
Astronomer er temmelig sikre på, at processen, de kan se, spiller ud omkring PDS 70c, er den samme proces, der arbejdede for at skabe Jupiters måner. Det er dog værd at bemærke, at vores solsystemets anden gasgigant adskiller sig fra Jupiter. Saturns måner blev sandsynligvis skabt som et resultat af en circumplanetary disk, men dens iskolde ringe blev sandsynligvis skabt af kometer og andre stenede kroppe, der styrtede ind i hinanden.
Disse eksoplanetære systemer er notorisk vanskelige at observere i optisk og infrarødt lys. Energien fra stjernen i disse dele af spektret drukner lyset fra planeterne. Men ikke for ALMA.
ALMA fokuserer på radiobølger, og stjerner udsender kun radiobølger svagt. Holdet siger, at de kan fortsætte med at observere PDS 70-systemet med ALMA for at se, når det ændrer sig og udvikler sig.
”Det betyder, at vi vil være i stand til at vende tilbage til dette system i forskellige tidsperioder og lettere kortlægge planets bane og koncentrationen af støv i systemet,” konkluderede Isella. "Dette vil give os unik indsigt i solcelleanlægs orbitalegenskaber i deres allerførste udviklingsstadier."
Opdagelsen af denne circumplanetary disk og de sandsynlige måner der dannes i den er interessant i deres egen ret, men måden, hvordan teamet fandt disken, lover også for fremtiden. Mens andre er fundet, er denne undersøgelse den mest overbevisende.
”Der er en håndfuld kandidatplaneter, der er blevet opdaget på diske, men dette er et meget nyt felt, og de er stadig drøftet,” sagde Isella. "(PDS 70 b og PDS 70 c) er blandt de mest robuste, fordi der har været uafhængige observationer med forskellige instrumenter og teknikker."
I konklusionen af deres papir siger forfatterne, "Vi argumenterer for, at optiske, NIR og (sub) millimeterobservationer er meget komplementære, fordi de undersøger forskellige aspekter af planetens tiltrædelsesprocesser og er påvirket af forskellige systematiske fejl." De bemærker også, at ALMA alene ikke kan udføre arbejdet. Ved at kombinere de forskellige observationer har de åbnet disse exoplaneter og deres diske til en mere detaljeret undersøgelse.
Fra undersøgelsen: ”Da ALMA og eksisterende optiske teleskoper når deres fulde billedkapacitet, kan kommende observationer af nærliggende circumstellar-diske, der er kendetegnet ved hulrum og hulrum som dem, der er observeret i PDS 70, muligvis afsløre flere nyfødte planeter, der interagerer med deres natale disk. Sådanne observationer er grundlæggende for at undersøge de processer, der er ansvarlige for dannelsen af planetariske systemer. ”
Kilder:
- Pressemeddelelse: 'Månedannende' circumplanetary disk opdaget i fjernstjernersystem
- Pressemeddelelse: Månedannende disk opdaget omkring den fjerne planet
- Forskningsartikel: Påvisning af kontinuum-submillimeteremission forbundet med kandidatprotoplaneter
