Vad är exakt ett "normalt" solsystem? Om vi trodde att vi hade någon idé tidigare, gör vi det definitivt inte nu. Och en ny studie ledd av astronomer vid Cambridge University har förstärkt detta faktum. Den nya studien fann fyra gasjätteplaneter, liknande vår egen Jupiter och Saturnus, som kretsade kring en mycket ung stjärna som heter CI Tau. Och en av planeterna har en extrem bana som tar den mer än tusen gånger längre bort från stjärnan än den inre planeten.
CI Tau är ungefär 500 ljusår bort i en mycket aktiv del av galaxen benämnd en "stellar plantskola." CI Tau är bara två miljoner år gammal och är bara ett spädbarn i stellar termer. Vår egen sol är cirka 5 miljarder år gammal och har ytterligare 5 miljarder att gå, ge eller ta. Så CI Tau är för ung för att ha den typ av gasjättar som den har. Eller så trodde vi.
Vår bästa modell för bildning av solsystemet kallas nebulärhypotesen och går något så här: Ett virvlande moln av gas och damm växer och får densitet tills den kollapsar till en stjärna och fusionen börjar. Runt denna nybildade stjärna virvlar resten av gasen och dammet som en protoplanetärisk skiva. Med tiden kollapsar denna fråga upp och bildar andra planeter, månar och asteroider, och det finns ingen fler protoplanetära skivor. Det är en mycket kort beskrivning av hur saker går.
Men den här processen för att bilda planeten antas ta lång tid, mycket mer än 2 miljoner år. En stjärna som vår sol kan bildas på så lite som 1 miljon år, men gasplaneter tar mellan 10 och 100 miljoner år att bilda och markplaneter tar ännu längre tid.
”Saturnmassaplaneter förmodas bildas genom att först ackumulera en fast kärna och sedan dra in ett gasskikt på toppen, men dessa processer ska vara mycket långsamma på stora avstånd från stjärnan. De flesta modeller kommer att kämpa för att skapa planeter av denna massa på det här avståndet. ” - Studerande författare, professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Detta är inte första gången som CI Tau fångar astronomernas öga. 2016 upptäckte astronomer en het Jupiter som kretsar runt stjärnan. Detta gjorde den till den första stjärnan i sin unga ålder som hade en av dessa fräscha heta gasjättar. En het Jupiter är en gasjätt i samma massområde som vår helt egen Jupiter, men en som kretsar så nära sin stjärna att den är väldigt het. Hot Jupiters är förbryllande eftersom vi inte förstår hur de kan bilda 'in situ' eller så nära stjärnan. Astronomer tror att dessa typer av planeter formas längre bort från stjärnan och migrerar in. Hur kan detta hända på bara 2 miljoner år?
I denna nya studie har ett team av forskare under ledning av Cambridge University vänt blicken mot CI Tau igen. De använde Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) för att söka i CI Tau-systemet efter syskon till den heta Jupiter. Det de hittade just ökade systemets mysterium. De upptäckte tre andra gasjättar som kretsar runt stjärnan, och en av dem följer en långtgående bana tusen gånger längre från stjärnan än den innersta planeten, nämnda heta Jupiter. Enligt uppsatsen är detta ”... den mest massiva exo-planeten som någonsin upptäckts i denna ålder.” Så vad betyder allt detta?
”Det är för närvarande omöjligt att säga om den extrema planetariska arkitekturen som ses i CI Tau är vanligt i heta Jupitersystem ...” - Professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
För tillfället är vi inte säkra. Cirka 1% av stjärnorna är värda för heta Jupiters, men de flesta av de kända heta Jupitrarna är hundratals gånger äldre än CI Tau. Eftersom planeten inte kan bildas innan stjärnan så vitt vi vet, hur kan astronomer förklara vad som hände i detta system?
”Det är för närvarande omöjligt att säga om den extrema planetariska arkitekturen som ses i CI Tau är vanlig i heta Jupitersystem eftersom det sätt som dessa syskonplaneter upptäcktes - genom deras effekt på den protoplanetära skivan - inte skulle fungera i äldre system som inte längre har en protoplanetärisk skiva, säger professor Cathie Clarke från Cambridges institut för astronomi, studiens första författare.
Det finns tillräckligt med frågor här för att hålla ett team av astronomer upptagna under hela sin karriär. Enligt forskarna är det oklart vilken roll, om någon, syskonplaneterna spelade för att driva den innersta planeten in i dess ultranära bana. Det är också oklart om vilken mekanism som kan spelas i detta system är samma mekanism som gör heta Jupiters i allmänhet. Och ytterligare ett mysterium är hur de två yttre planeterna alls bildades.
"Planetbildningsmodeller tenderar att fokusera på att kunna göra de typer av planeter som redan har observerats, så nya upptäckter passar inte nödvändigtvis modellerna," sade Clarke. ”Saturnmassaplaneter förmodas bildas genom att först ackumulera en fast kärna och sedan dra in ett gasskikt på toppen, men dessa processer ska vara mycket långsamma på stora avstånd från stjärnan. De flesta modeller kommer att kämpa för att skapa planeter av denna massa på det här avståndet. ”
Det är naturligtvis det som gör vetenskapen så övertygande och effektiv. Astronomer observerar något och skapar en modell för att förklara det. Sedan fortsätter de att observera, och vissa upptäckter förstärker modellen, medan vissa utmanar den. Så modellen fortsätter att uppdateras och representerar med tiden realistiskt ett större och större exempel på observationer.
Astronomer kommer att fortsätta studera detta system för att försöka avslöja några av dessa mysterier. ALMA har revolutionerat studiet av protoplanetära skivor, och framtida arbete kommer utan tvekan att luta sig starkt på ALMA igen. Den har makten att avbilda planeter som bildas inuti protoplanetära skivor, som är svaga, dåligt upplysta platser som är mycket svåra att se på.
Var beredd att bli förvånad över vad ALMA ser. Om igen.
- Pressmeddelande från University of Cambridge: "Jätteplaneter runt ung stjärna väcker frågor om hur planeter bildas"
- Forskningsdokument: “Högupplöst millimeteravbildning av CI Tau-protoplanetära disken: En massiv ensemble av protoplaneter från 0,1 till 100 au”
- Pressmeddelande från Rice University: "Astronomer hittar jätteplanet runt en mycket ung stjärna"
- Wikipedia-sida: Nebular Hypothesis
