I decennier har den mest accepterade uppfattningen av hur vårt solsystem bildats varit den nebulära hypotesen. Enligt denna teori bildades solen, planeterna och alla andra föremål i solsystemet av massivt material för miljarder år sedan. Detta damm upplevde en gravitationskollaps i mitten och bildade vår sol, medan resten av materialet bildade en cirkumstellar skräpring som sammanfogades för att bilda planeterna.
Tack vare utvecklingen av moderna teleskoper har astronomer kunnat undersöka andra stjärnsystem för att testa denna hypotes. Tyvärr har astronomer i de flesta fall bara kunnat observera skräpringar runt stjärnor med antydningar av planeter i bildandet. Det var först nyligen som ett team av europeiska astronomer kunde fånga en bild av en nyfödd planet, vilket påvisade att skräpringar verkligen är planets födelseort.
Teamets forskning dök upp i två artiklar som nyligen publicerades i Astronomi & astrofysik, med titeln "Upptäckt av en följeslagare i planetmassan inom övergången på övergångsdisken runt PDS 70" och "Omlopps- och atmosfärisk karaktärisering av planeten inom övergången på PDS 70-övergångsskivan." I teamet bakom båda studierna ingick medlem från Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) samt flera observatorier och universitet.
För sina studier valde lagen ut PDS 70b, en planet som upptäcktes på ett avstånd av 22 astronomiska enheter (AU) från dess värdstjärna och som tros vara en nybildad kropp. I den första studien - som leds av Miriam Keppler från Max Planck Institute for Astronomy - indikerade teamet hur de studerade den protoplanetära disken runt stjärnan PDS 70.
PDS 70 är en T-Tauri-stjärna med låg massa som ligger i stjärnbilden Centaurus, ungefär 370 ljusår från jorden. Denna studie utfördes med hjälp av arkivbilder i det nära-infraröda bandet taget av Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument (SPHERE) instrument på ESO: s Very Large Telescope (VLT) och Near-Infrared Coronagraphic Imager på Gemini South Telescope .
Med hjälp av dessa instrument gjorde teamet den första robusta upptäckten av en ung planet (PDS 70b) som kretsar inom ett gap i stjärnans protoplanetära skiva och låg ungefär tre miljarder km (1,86 miljarder mi) från sin centrala stjärna - ungefär samma avstånd mellan Uranus och solen. I den andra studien, ledd av Andre Muller (också från MPIA), beskriver teamet hur de använde SPHERE-instrumentet för att mäta planetens ljusstyrka vid olika våglängder.
Från detta kunde de fastställa att PDS 70b är en gasjätt som har cirka nio Jupiter-massor och en yttemperatur på cirka 1000 ° C (1832 ° F), vilket gör den till en särskilt "het Super-Jupiter". Planeten måste vara yngre än sin värdstjärna och växer antagligen fortfarande. Uppgifterna indikerade också att planeten är omgiven av moln som förändrar strålningen från planetkärnan och dess atmosfär.
Tack vare de avancerade instrumenten som användes kunde teamet också få en bild av planeten och dess system. Som du kan se från bilden (publicerad längst upp) och videon nedan är planeten synlig som en ljus punkt till höger om den svarta mitten av bilden. Denna mörka region beror på en corongraph, som blockerar ljuset från stjärnan så att laget kunde upptäcka den mycket svagare följeslagaren.
Som Miriam Keppler, en postdoktorand vid MPIA, förklarade i ett ESO: s pressmeddelande:
”Dessa skivor runt unga stjärnor är planets födelseplatser, men hittills har bara en handfull observationer upptäckt antydningar om babyplaneter i dem. Problemet är att de flesta av dessa planetkandidater fram till nu bara kunde ha varit funktioner på skivan. ”
Förutom att man upptäckte den unga planeten, konstaterade forskargrupperna också att den har skulpterat den protoplanetära skivan som kretsar runt stjärnan. I huvudsak har planetens omlopp spårat ett gigantiskt hål i mitten av skivan efter att ha samlat material från den. Detta innebär att PDS 70b fortfarande är beläget i närheten av sin födelseort, troligen fortfarande kommer att samla material och kommer att fortsätta växa och förändras.
I decennier har astronomer varit medvetna om dessa luckor i den protoplanetära skivan och spekulerat att de producerades av en planet. Nu har de äntligen bevis för att stödja denna teori. Som André Müller förklarade:
“Kepplers resultat ger oss ett nytt fönster mot de komplexa och dåligt förstått tidiga stadierna av planetutvecklingen. Vi behövde observera en planet på en ung stjärnskiva för att verkligen förstå processerna bakom planetbildning.“
Dessa studier kommer att vara en välsignelse för astronomer, särskilt när det gäller teoretiska modeller för planetbildning och evolution. Genom att bestämma planetens atmosfäriska och fysiska egenskaper har astronomerna kunnat testa viktiga aspekter av den nebulära hypotesen. Upptäckten av denna unga, dammskyddade planet skulle inte ha varit om inte för ESO: s SPHERE-instrument.
Detta instrument studerar exoplaneter och skivor runt stjärnor i närheten med en teknik som kallas högkontrastavbildning, men förlitar sig också på avancerade strategier och databehandlingstekniker. Förutom att blockera ljuset från en stjärna med en kronavsnitt, kan SPHERE filtrera bort signalerna från svaga planetariska kamrater runt ljusa unga stjärnor på flera våglängder och epokar.
Som professor Thomas Henning - direktören vid MPIA, den tyska medutredaren för SPHERE-instrumentet och en äldre författare för de två studierna - sade i ett pressmeddelande från MPIA:
”Efter tio år med att utveckla nya kraftfulla astronomiska instrument som SPHERE, visar denna upptäckt att vi äntligen kan hitta och studera planeter när de bildades. Det är uppfyllandet av en länge uppskattad dröm. ”
Framtida observationer av detta system kommer också att göra det möjligt för astronomer att testa andra aspekter av planetbildningsmodeller och lära sig om planetsystemets tidiga historia. Dessa uppgifter kommer också att gå långt mot att bestämma hur vårt eget solsystem har bildats och utvecklats under dess tidiga historia.
