När man söker efter extra-solplaneter litar astronomer ofta på ett antal indirekta tekniker. Av dessa är Transit-metoden (alias Transit Photometry) och Radial Velocity Method (alias Doppler Spectroscopy) de två mest effektiva och pålitliga (särskilt när de används i kombination). Tyvärr är direktavbildning sällsynt eftersom det är mycket svårt att upptäcka en svag exoplanet mitt i värdstjärns bländning.
Men förbättringar av radiointerferometrar och nära-infraröd avbildning har gjort det möjligt för astronomer att avbilda protoplanetära skivor och dra slutsatsen från exoplaneter. Med hjälp av denna metod fångade ett internationellt team av astronomer nyligen bilder av ett nybildande planetsystem. Genom att studera luckorna och ringliknande strukturerna i detta system kunde teamet antaga en exoplanets möjliga storlek.
Studien, med titeln "Ringar och luckor på skivan runt Elias 24 avslöjad av ALMA", dykte nyligen upp i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. Laget leddes av Giovanni Dipierro, en astrofysiker från University of Leicester, och inkluderade medlemmar från Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Joint ALMA Observatory, National Radio Astronomy Observatory, Max-Planck Institute for Astronomy, och flera universitet och forskningsinstitut.
Tidigare har dammringar identifierats i många protoplanetära system, och deras ursprung och relation till planetbildning är föremål för mycket debatt. Å ena sidan kan de vara ett resultat av damm som högar upp i vissa regioner, av gravitationella instabiliteter eller till och med variationer i dammets optiska egenskaper. Alternativt kan de vara resultatet av planeter som redan har utvecklats, vilket får dammet att spridas när de passerar genom det.
Som Dipierro och hans kollegor förklarade i sin studie:
”Det alternativa scenariot åberopar skivor som är dynamiskt aktiva, där planeter redan har bildats eller befinner sig i formen. En inbäddad planet kommer att väcka densitetsvågor i den omgivande skivan, som sedan avsätter sin vinkelmoment när de sprids. Om planeten är tillräckligt massiv resulterar utbytet av vinkelmomentum mellan vågorna som skapas av planeten och skivan i bildandet av en enda eller flera luckor, vars morfologiska egenskaper är nära kopplade till de lokala skivförhållandena och planetegenskaperna. ”
För deras studie använde teamet data från Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) Cykel 2-observationer - som började tillbaka i juni 2014. På så sätt kunde de avbilda dammet runt Elias 24 med en upplösning på cirka 28 AU (dvs. 28 gånger avståndet mellan jorden och solen). Vad de fann var bevis på luckor och ringar som kan vara en indikation på en kretsande planet.
Från detta konstruerade de en modell av systemet som tog hänsyn till massan och platsen för denna potentiella planet och hur spridningen och tätheten av damm skulle få den att utvecklas. Som de indikerar i sin studie, återger deras modell observationerna av dammringen ganska bra och förutspådde närvaron av en Jupiter-liknande gasjätt inom fyrtiofyra tusen år:
”Vi upptäcker att dammutsläppet över skivan överensstämmer med närvaron av en inbäddad planet med en massa på? 0,7? MJ vid en orbitalradie av? 60? Au… Ytljusstyrka kartan för vår skivmodell ger en rimlig matchning till de gap- och ringliknande strukturer som observerats i Elias 24, med en genomsnittlig skillnad på 5% per procent av de observerade flödena runt gapområdet. ”
Dessa resultat förstärker slutsatsen att luckorna och ringarna som har observerats i en mängd olika unga circumstellar-skivor indikerar förekomsten av kretsande planeter. Som teamet antydde är detta i överensstämmelse med andra observationer av protoplanetära skivor, och kan hjälpa till att belysa processen för planetbildning.
"Bilden som framgår av den senaste tidens högupplösta och höga känslighetsobservationer av protoplanetära skivor är att gap och ringliknande funktioner är utbredda i ett stort antal skivor med olika massor och åldrar," avslutar de. "Nya högupplösta och högkvalitativa ALMA-bilder av dammvärme och CO-ledningsutsläpp och högkvalitativ spridningsdata kommer att vara till hjälp för att hitta ytterligare bevis på mekanismerna bakom deras bildning."
En av de tuffaste utmaningarna när det gäller att studera planetenes utveckling och utveckling är det faktum att astronomer traditionellt inte har kunnat se processerna i handling. Men tack vare förbättringar i instrument och förmågan att studera extrasolstjärnsystem har astronomer kunnat se systemets på olika punkter i formationsprocessen.
Detta i sin tur hjälper oss att förfina våra teorier om hur solsystemet blev, och kan en dag tillåta oss att förutsäga exakt vilka typer av system som kan bildas i unga stjärnsystem.
