Enligt nuvarande uppskattningar kan det finnas så många som 100 miljarder planeter i Melkeväg Galaxy bara. Tyvärr är det tufft och tidskrävande att hitta bevis på dessa planeter. För det mesta tvingas astronomer att förlita sig på indirekta metoder som mäter dopp i en stjärns ljusstyrka (Transitmetoden) av Doppler-mätningar av stjärnans egen rörelse (Radial Velocity Method).
Direktavbildning är mycket svårt på grund av den avbrytande effekten stjärnor har, där deras ljusstyrka gör det svårt att upptäcka planeter som kretsar runt dem. Lyckligtvis har en ny studie under ledning av Infraröd Processing and Analys Center (IPAC) vid Caltech fastställt att det kan finnas en genväg för att hitta exoplaneter med direkt avbildning. Lösningen, hävdar de, är att leta efter system med en circumstellar skräpskiva, för de är säkert att ha åtminstone en jätteplanet.
Studien, med titeln ”En direkt bildåtergivning av Spitzer upptäckta skräpskivor: förekomst av jätteplaneter i dammiga system”, dykte nyligen upp i The Astronomical Journal. Tiffany Meshkat, assistentforskare vid IPAC / Caltech, var huvudförfattaren på studien, som hon utförde när hon arbetade på NASA: s Jet Propulsion Laboratory som postdoktor.
För denna studie undersökte Dr. Meshkat och hennes kollegor data om 130 olika enstjärniga system med skräpskivor, som de sedan jämförde med 277 stjärnor som inte verkar vara värd för diskar. Dessa stjärnor observerades alla av NASA: s Spitzer Space Telescope och var alla relativt unga i ålder (mindre än 1 miljard år). Av dessa 130 system hade 100 tidigare studerats för att hitta exoplaneter.
Dr. Meshkat och hennes team följde sedan upp de återstående 30 systemen med hjälp av data från W.M. Keck-observatoriet på Hawaii och European Southern Observatory's (ESO) Very Large Telescope (VLT) i Chile. Medan de inte upptäckte några nya planeter i dessa system, hjälpte deras undersökningar att känneteckna överflödet av planeter i system med skivor.
Vad de fann var att unga stjärnor med skräpskivor är mer benägna att också ha jätte exoplaneter med breda banor än de som inte gör det. Dessa planeter hade troligen fem gånger massan av Jupiter, vilket gjorde dem till "Super-Jupiters". Som Dr. Meshkat förklarade i ett nyligen pressmeddelande från NASA kommer denna studie att vara till hjälp när det är dags för exoplanetjägare att välja sina mål:
”Vår forskning är viktig för hur framtida uppdrag kommer att planera vilka stjärnor som ska observeras. Många planeter som har hittats genom direktavbildning har funnits i system med skräpskivor, och nu vet vi att dammet kan vara indikatorer på oupptäckta världar. ”
Denna studie, som var den största undersökningen av stjärnor med dammiga skräpskivor, gav också de bästa bevisen hittills att jätteplaneter är ansvariga för att hålla skräpskivor i schack. Medan forskningen inte direkt löste varför förekomsten av en jätteplanet skulle orsaka skräpskivor att bildas, indikerar författarna att deras resultat överensstämmer med förutsägelser om att skräpskivor är produkter från jätteplaneter som rör upp och orsakar dammkollisioner.
Med andra ord tror de att graviteten på en jätteplanet skulle få planestimaler att kollidera och därmed förhindra dem från att bilda ytterligare planeter. Som studieförfattare förklarade Dimitri Mawet, som också är JPL: s seniorforskare:
”Det är möjligt att vi inte hittar små planeter i dessa system eftersom dessa massiva kroppar tidigt förstörde byggstenarna av steniga planeter, skickar dem krossar i varandra i höga hastigheter istället för att försiktigt kombinera. ”
Inom solsystemet skapar de gigantiska planeterna sorteringsremmar. Till exempel, mellan Mars och Jupiter, har du huvudsteroidebältet, medan bortom Neptun ligger Kuiper-bältet. Många av de system som undersöktes i denna studie har också två bälten, även om de är betydligt yngre än solsystemets egna bälten - ungefär 1 miljard år gamla jämfört med 4,5 miljarder år gamla.
Ett av de system som undersöktes i studien var Beta Pictoris, ett system som har en skräpskiva, kometer och en bekräftad exoplanet. Denna planet, betecknad Beta Pictoris b, som har 7 Jupitermassor och kretsar runt stjärnan på ett avstånd av 9 AU - dvs nio gånger avståndet mellan jorden och solen. Detta system har direkt avbildats av astronomer tidigare med markbaserade teleskop.
Intressant nog förutspådde astronomer förekomsten av denna exoplanet långt innan den bekräftades, baserat på närvaron och strukturen på systemets skräpskiva. Ett annat system som studerades var HR8799, ett system med en skräpskiva som har två framstående dammbälten. I dessa typer av system bedöms närvaron av mer jätteplaneter baseras på behovet av att dessa dammbälten bibehålls.
Detta tros vara fallet för vårt eget solsystem, där för 4 miljarder år sedan, gigantiska planeterna avledde passerade kometer mot solen. Detta resulterade i Late Heavy Bombardment, där de inre planeterna utsattes för otaliga påverkningar som fortfarande är synliga idag. Forskare tror också att det var under denna period som migrationerna av Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptune avledde damm och små kroppar för att bilda Kuiper Belt och Asteroid Belt.
Dr. Meshkat och hennes team noterade också att systemen som de undersökte innehöll mycket mer damm än vårt solsystem, vilket kan hänföras till deras åldersskillnader. När det gäller system som är ungefär 1 miljard år gamla kan den ökade närvaron av damm vara resultatet av små kroppar som ännu inte har bildat större kroppar som kolliderar. Av detta kan man dra slutsatsen att vårt solsystem också en gång var mycket dammigare.
Författarna noterar emellertid också att de system de observerade - som har en jätteplanet och en skräpskiva - kan innehålla fler planeter som helt enkelt inte har upptäckts ännu. I slutändan medger de att mer information behövs innan dessa resultat kan betraktas som avgörande. Men under tiden kan denna studie fungera som en vägledning för var exoplaneter kan hittas.
Som Karl Stapelfeldt, huvudforskaren vid NASA: s Exoplanet Exploration Program Office och en medförfattare till studien, sa:
"Genom att visa astronomer där framtida uppdrag som NASA: s James Webb Space Telescope har sin bästa chans att hitta gigantiska exoplaneter, banar denna forskning vägen för framtida upptäckter."
Dessutom kan denna studie hjälpa till att informera vår egen förståelse för hur solsystemet utvecklats under miljarder år. Under en tid har astronomer diskuterat huruvida planeter som Jupiter migrerade till sina nuvarande positioner och hur detta påverkade solsystemets utveckling. Och det fortsätter att debatteras om hur huvudbältet bildades (dvs tomt för fullt).
Till sist, men inte minst, kan den informera framtida undersökningar och låta astronomer veta vilka stjärnsystem som utvecklas på samma sätt som våra egna gjorde för miljarder år sedan. Där stjärnsystem har skräpskivor, drar de en närvaro av en särskilt massiv gasjätt. Och där de har en skiva med två framstående dammbälten kan de dra slutsatsen att den också kommer att bli ett system som innehåller många planeter och och två bälten.
