370 lysår væk fra os fremstiller et solsystem babyplaneter. Stjernen i midten af det hele er ung, kun omkring 6 millioner år gammel. Og dets babyer er to enorme planeter, sandsynligvis begge gasgiganter, der ammer på gasformigt materiale fra stjernens cirkumsolære disk.
Værtsstjernen i dette system kaldes PDS 70. PDS 70 er en smule mindre og mindre massiv end vores Sol og er stadig selv tilegner sig materien. Denne unge stjerne er en T Tauri-stjerne, hvilket stort set betyder, at de er meget unge og lige begyndt i livet. Fordi den er så ung, er planeter stadig i færd med at dannes i kredsløb omkring den. Og at se fremadrettede planeter, der stadig dannes, er noget astronomer først nu begynder at blive gode til.
”Dette er den første entydige detektion af et to-planet-system, der skærer et diskgap.”
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
Det, der gør billederne af disse unge, stadig dannende planeter interessante, er, at de er beviser, der støtter vores mangeårige teori om, hvordan planeter dannes i unge solsystemer. Denne teori kaldes den nebulære hypotese og den har eksisteret i årtier, men uden den observationsmæssige beviser for at sikkerhedskopiere den.
Nebulær hypotese
Stjerner dannes fra massive skyer af for det meste brint kaldet molekylære skyer. Molekylære skyer er gravitationsmæssigt ustabile, og gassen har en tendens til at klumpe sig sammen. Til sidst begynder en af disse klumper at sneboldes og blive større og større. Når den gør det, skyder skyen ud som en pandekage og begynder at rotere, og når den centrale klump bliver tæt nok, antændes den til en fusion og en stjerne fødes. Mange stjerner findes i binære systemer, når der dannes to stjerner fra molekylær skyen.
Men stjernen i centrum er ikke den eneste klump. Andre, mindre klumper dannes i den roterende gas, og de kan dannes til planeter. Nogle af de gasformige planeter, som Jupiter og Saturn i vores eget solsystem, kan blive virkelig store. (Astronomer omtaler undertiden Jupiter og Saturn som ”mislykkede stjerner”, fordi de var på vej til at blive stjerner, men ikke helt kunne komme dertil.)
Hvis du kunne fryse processen der, ville du se en ung stjerne i midten af en flad, roterende sky af gas. Men i gassen kunne du se ringformede mellemrum, hvor planeter er travlt med at feje materiale op og blive, ja, planeter. Denne proces kaldes akkretion. Og det er ikke længere en molekylær sky, nu kaldes den en "protoplanetær disk", fordi det er en diskform og der dannes prototplaneter i den.
Og det er præcis, hvad astronomer ser.
Se de faktiske planeter
Det, der er sejt ved disse nye billeder, er, at vi ikke kun kan se hullerne og ringe, der signaliserer tilstedeværelsen af en planet, vi kan også se faktiske planeter i sig selv. Og det er kun anden gang, vi med sikkerhed har set et to-planet-system, der skaber huller på disken. (Et fireplanet-system kaldet HR 8799 blev afbildet i 2008.)
”Vi blev meget overrasket, da vi fandt den anden planet.”
Sebastiaan Haffert, hovedforfatter, Leiden observatorium.
”Dette er den første entydige detektion af et to-planet-system, der skærer en diskgap,” sagde Julien Girard fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.
I denne nye undersøgelse, der blev offentliggjort i 3. udgave af Nature Astronomy, brugte teamet af astronomer MUSE-spektrograf på European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT).
Det er en hård opgave at se inde i en protoplanetær disk. Ikke kun er stjernen virkelig lys og dominerer billedet, men alt gas og støv på disken kan blokere lyset fra de dannende planeter. MUSE-instrumentet har magten til at sortere lås på det lys, der udsendes af brintet i skyen, hvilket er et tegn på, at brint trækker sig ind i stadig dannende planeter.
”Vi blev meget overrasket, da vi fandt den anden planet,” sagde Sebastiaan Haffert fra Leiden Observatorium, hovedforfatter på papiret.
”Med faciliteter som ALMA, Hubble eller store jordbaserede optiske teleskoper med adaptiv optik ser vi skiver med ringe og mellemrum overalt. Det åbne spørgsmål har været, er der planeter der? I dette tilfælde er svaret ja, ”forklarede Girard.
Hvad holdet opdagede var en planet, der hedder PDS 70c. (En anden planet i det samme system, kaldet PDS 70b, blev først opdaget for omkring et år siden.)
Den nye planet, PDS 70c, er nær den ydre kant af disken og er cirka 3,3 milliarder miles fra stjernen. Det er omtrent den samme afstand, som Neptune er fra solen. Astronomer har kun foreløbige skøn over planetens masse, men de estimerer, at PDS 70c er mellem 1 og 10 gange så massiv som Jupiter.
Den tidligere opdagede planet, PDS 70b, er omkring 2 milliarder miles fra stjernen, omtrent den samme som Uranus i vores solsystem. Det er massen mellem 4 og 17 gange Jupiters masse.
Nu venter vi. Til James Webb-teleskopet
At få billeder af disse unge eksoplaneter er en slags lykkelig ulykke for MUSE-spektrografen. Instrumentet blev oprindeligt udviklet til at studere galakser og stjerne klynger. Men som det viser sig, er det godt til at opdage exoplaneter under dannelse. Og denne ulykke har hjulpet med at flytte den nebulære hypotese fra hypotese til accepteret teori.
”Denne nye observationsfunktion blev udviklet til at studere galakser og stjerne klynger med højere rumlig opløsning. Men denne nye tilstand gør den også velegnet til exoplanet-billeddannelse, som ikke var den originale videnskabsdriver for MUSE-instrumentet, ”sagde Haffert.
I fremtiden (fremtiden, som bliver ved med at blive forsinket,) fremmer James Webb-rumteleskopet (JWST) studiet af unge planeter, der dannes i disse diske. Når den uendelige ventetid på det avancerede rumteleskop er forbi, bør dens magt give astronomer mulighed for at nul ind på meget specifikke bølgelængder af lys, der udsendes ved at hæve brint.
Det betyder, at forskere vil være i stand til at måle temperaturen på brintgas på disken såvel som dens densitet. At kende begge disse ting vil hjælpe os med virkelig at forstå, hvordan gasgigantplaneter dannes.
Men i øjeblikket har vi i det mindste billeder af planeterne, og når astronomer kigger ud i galaksen og ser disse unge stjernesystemer og hullerne i diske, kan de være sikre på, at der faktisk er planeter der.
