Studien av exoplaneter har utvecklats mycket under de senaste åren, till stor del tack vare Kepler-uppdraget. Men det uppdraget har sina begränsningar. Det är svårt för Kepler och för andra tekniker att avbilda regioner nära deras stjärnor. Nu har ett nytt instrument som kallas en virvelkorrespondent, installerat på Hawaiis Keck-observatorium, astronomer att titta på protoplanetära skivor som ligger mycket nära de stjärnor som de går i.
Problemet med att titta på dammskivor och till och med planeter nära deras stjärnor är att stjärnorna är så mycket ljusare än föremål som kretsar runt dem. Stjärnor kan vara miljarder gånger ljusare än planeterna nära dem, vilket gör det nästan omöjligt att se dem i bländningen. "Virvelens kraft ligger i dess förmåga att avbilda planeter väldigt nära deras stjärna, något som vi inte kan göra för jordliknande planeter än", sa Gene Serabyn från NASA: s Jet Propulsion Laboratory (JPL). "Virvellens avsnitt kan vara nyckeln till att ta de första bilderna av en ljusblå prick som vår egen."
"Virvelens kraft ligger i dess förmåga att avbilda planeter mycket nära deras stjärna, något som vi inte kan göra för jordliknande planeter än." - Gene Serabyn, JPL.
"Virvelkorrigionen tillåter oss att kika in i regionerna runt stjärnor där jätteplaneter som Jupiter och Saturn förmodligen bildas," sade Dmitri Mawet, forskare vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory och Caltech, båda i Pasadena. ”Innan nu kunde vi bara föreställa gasjättar som föds mycket längre ut. Med virveln kan vi se planeter kretsa så nära deras stjärnor som Jupiter är till vår sol, eller ungefär två till tre gånger närmare än vad som var möjligt tidigare. ”
I stället för att maskera ljuset från stjärnor, liksom andra metoder för att titta på exoplaneter, omdirigerar virvelkorronumentet ljuset bort från detektorerna genom att kombinera ljusvågor och avbryta dem. Eftersom det inte finns någon ockultiv mask kan virvelkorresponatet fånga bilder av regioner mycket närmare stjärnor än andra koravsnitt kan. Dmitri Mawet, forskare som uppfann det nya avsnittet, jämför det med ögat av en storm.
"Instrumentet kallas ett virvelskrift eftersom stjärnljuset är centrerat på en optisk singularitet, vilket skapar ett mörkt hål på platsen för bilden av stjärnan," sade Mawet. ”Orkaner har en singularitet i sina centra där vindhastigheterna sjunker till noll - stormens öga. Vårt virvelskorrespondens är i grunden ögat på en optisk storm där vi skickar stjärnljuset. ”
Resultaten från vortex-avsnittet presenteras i två artiklar (här och här) som publicerades i januari 2017 Astronomical Journal. En av studierna leddes av Gene Serabyn från JPL, som också är chef för Keck virvelprojekt. Denna studie presenterade den första direkta bilden av HIP79124 B, en brun dvärg som är 23 AU från sin stjärna, i den stjärnbildande regionen som heter Scorpius-Centaurus.
”Förmågan att se mycket nära stjärnor gör det också möjligt för oss att söka efter planeter runt mer avlägsna stjärnor, där planeterna och stjärnorna skulle visas närmare varandra. Att ha förmågan att undersöka avlägsna stjärnor för planeter är viktigt för att fånga planeter som fortfarande bildas, säger Serabyn.
"Att ha förmågan att undersöka avlägsna stjärnor för planeter är viktigt för att fånga planeter som fortfarande bildas." - Gene Serabyn, JPL.
Den andra av de två virvelstudierna presenterade bilder av en protoplanetärisk skiva runt den unga stjärnan HD141569A. Denna stjärna har faktiskt tre skivor runt sig, och andra stycket kunde fånga en bild av den innersta ringen. Att kombinera virveldata med uppgifter från uppdragen Spitzer, WISE och Herschel visade att det planetbildande materialet på skivan består av kornstorlek av olivin. Olivine är en av de vanligaste silikaten i jordens mantel.
"De tre ringarna runt denna unga stjärna är kapslade som ryska dockor och genomgår dramatiska förändringar som påminner om planetbildning," sade Mawet. "Vi har visat att silikatkorn har agglomerat till stenar, som är byggstenarna för planetembryon."
Dessa bilder och studier är bara början för virvelkorresponatet. Det kommer att användas för att titta på många fler unga planetariska system. I synnerhet kommer den att titta på planeter nära så kallade "frostlinjer" i andra solsystem. Det är regionen runt stjärnsystem där det är tillräckligt kallt för att molekyler som vatten, metan och koldioxid kondenseras till fasta, isiga korn. Nuvarande tänkande säger att frostlinjen är skiljelinjen mellan där steniga planeter och gasplaneter bildas. Astronomer hoppas att avsnittet kan svara på frågor om heta Jupiters och heta Neptunes.
Hot Jupiters och Neptunes är stora gasformiga planeter som finns mycket nära deras stjärnor. Astronomer vill veta om dessa planeter som bildades nära frostlinjen sedan migrerade inåt mot sina stjärnor, eftersom det är omöjligt för dem att bilda sig så nära sina stjärnor. Frågan är, vilka krafter fick dem att migrera inåt? "Med lite tur kan vi fånga planeter i processen att migrera genom den planetbildande skivan genom att titta på dessa mycket unga föremål," sa Mawet.
