Ligger cirka 129 ljusår från Jorden i riktning mot Pegasus-stjärnan är det relativt unga stjärnsystemet HR 8799. Från och med 2008 upptäcktes fyra kretsande exoplaneter i detta system som - tillsammans med exoplaneten Formalhaut b - var de allra första som var bekräftade med hjälp av den direkta bildtekniken. Och med tiden har astronomen trott att dessa fyra planeter är i resonans med varandra.
I detta fall kretsar de fyra planeterna om sin stjärna med en 1: 2: 4: 8-resonans, vilket innebär att varje planets omloppsperiod är i ett nästan exakt förhållande med de andra i systemet. Detta är ett relativt unikt fenomen, som inspirerade en Jason Wang - en forskarstuderande från Berkeley-armen i den NASA-sponsrade Nexus för Exoplanet System Science (NExSS) - att producera en video som illustrerar deras orbital dans.
Använda bilder erhållna av W.M. Keck Observatory under en sjuårsperiod, Wangs video ger en glimt av dessa fyra exoplaneter i rörelse. Som ni kan se nedan är den centrala stjärnan försvärmad så att ljuset som reflekterar bort från dess planeter kan ses. Och även om det inte visar planeterna som fullbordar en fullständig omloppsperiod (vilket skulle ta årtionden och till och med århundraden) illustrerar det vackert resonansen som finns mellan stjärnans fyra planeter.
Som Jason Wang berättade för Space Magazine via e-post:
”Uppgifterna erhölls över sju år från ett av de 10 meter stora Keck-teleskopen av ett team av astronomer (Christian Marois, Quinn Konopacky, Bruce Macintosh, Travis Barman och Ben Zuckerman). Christian reducerade var och en av de 7 epokarna med data för att skapa sju ramar med data. Sedan gjorde jag en film genom att använda en rörelseinterpolering för att interpolera de sju ramarna i 100 bilder för att få en smidig video så att den inte är hackig (som om vi kunde se dem varje månad från Jorden). "
Bilderna av de fyra exoplaneterna fångades ursprungligen av Dr. Christian Marois från National Research Council of Canadas Herzberg Institute of Astrophysics. Det var 2008 som Marois och hans kollegor upptäckte de första tre av HR 8799: s planeter - HR 8799 b, c och d - med hjälp av direktavbildningsteknik. Ungefär samtidigt tillkännagav ett team från UC Berkeley upptäckten av Fomalhaut b, även med direktavbildning.
Dessa planeter bestämdes alla som gasjättar av liknande storlek och massa, med mellan 1,2 och 1,3 gånger storleken på Jupiter och 7 till 10 gånger dess massa. Vid tidpunkten för upptäckten tros HR 8799 d vara den närmaste planeten till sin stjärna, på ett avstånd av cirka 27 astronomiska enheter (AU) - medan de andra två omloppsbana på avstånd av cirka 42 respektive 68 AU.
Det var först efteråt att teamet insåg att planeterna redan hade observerats 1998. Då hade Hubble Space Telescope's Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) fått ljus från systemet som indikerade förekomsten av planeter. Detta klargjordes dock inte förrän efter att en nyutvecklad bildbehandlingsteknik hade installerats. Därför gick "förupptäckten" obemärkt.
Ytterligare observationer 2009 och 2010 avslöjade förekomsten av den fjärde planeten - HR 8799 e - som hade en bana som placerade den i de andra tre. Trots detta är denna planet femton gånger längre från sin stjärna än jorden från solen, vilket resulterar i en omloppsperiod på cirka 18 000 dagar (49 år). De andra tar cirka 112, 225 respektive 450 år för att slutföra en bana på HR 8799.
I slutändan beslutade Wang att producera videon (som inte var hans första), för att illustrera hur spännande sökningen efter exoplaneter kan vara. Som han uttryckte det:
”Jag hade skrivit den här rörelseinterpoleringsalgoritmen för ett annat exoplanet-system, Beta Pictoris b, där vi ser en planet på en kanten på en bana som ser ut som att den dyker in i sin stjärna (den kretsar bara framför den). Vi ville göra samma sak för HR 8799 för att leva upp detta system och dela vår spänning när det gäller att direkt avbilda exoplaneter. Jag tycker att det är ganska fantastiskt att vi har tekniken för att se andra världar kretsa runt andra stjärnor. "
Dessutom uppmärksammar videon ett stjärnsystem som presenterar några unika möjligheter för exoplanetforskning. Eftersom HR 8799 var det första multiplanetära systemet som direkt avbildades innebär det att astronomer direkt kan observera banorna i de fyra planeterna, observera deras dynamiska interaktioner och bestämma hur de kom till deras nutida konfiguration.
Astronomer kommer också att kunna ta spektra av dessa planetens atmosfärer för att studera deras sammansättning och jämföra detta med våra egna solsystemets gasjättar. Och eftersom systemet egentligen är ganska ungt (bara 40 miljoner år gammalt) kan det berätta för oss mycket om planetbildningsprocessen. Till sist, men inte minst, deras breda banor (en nödvändighet med tanke på deras storlek) kan innebära att systemet är mindre än stabilt.
I framtiden kommer astronomer enligt Wang att titta på för att se om några planeter släpps ut från systemet. Jag vet inte om dig, men jag skulle överväga att en video som illustrerar att en av HR 8799s gasjättar att få startat ur sitt system skulle vara ganska inspirerande också!
