370 ljusår bort från oss gör ett solsystem babyplaneter. Stjärnan i mitten av det hela är ung, bara cirka 6 miljoner år gammal. Och dess bebisar är två enorma planeter, troligen båda gasjättar, som ammar på gasformiga ämnen från stjärnans circumsolära skiva.
Värdstjärnan i detta system kallas PDS 70. PDS 70 är lite mindre och mindre massiv än vår sol, och är fortfarande att tillämpa saken själv. Denna unga stjärna är en T Tauri-stjärna, vilket i princip innebär att de är väldigt unga och precis börjar i livet. Eftersom det är så ungt, planeter är fortfarande i processen att formas i omloppsbana runt den. Och att se framväxande planeter som fortfarande bildas är något som astronomer först börjar bli bra på.
"Detta är den första otvetydiga upptäckten av ett system med två planeter som snider ett skivavstånd."
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
Det som gör bilderna av dessa unga, stillbildande planeter intressanta är att de är bevis som stöder vår långvariga teori om hur planeter bildas i unga solsystem. Den teorin kallas den nebulära hypotesen och den har funnits i decennier, men utan observationsbevis för att säkerhetskopiera den.
Den nebulära hypotesen
Stjärnor bildas från massiva moln av mestadels väte som kallas molekylära moln. Molekylära moln är gravitationellt instabila och gasen tenderar att klumpa ihop sig. Så småningom börjar en av dessa klumpar snöbollas och blir större och större. När det gör det, flattar molnet ut som en pannkaka och börjar rotera, och när den centrala klumpen blir tillräckligt tät, antänds det till en fusion och en stjärna föds. Många stjärnor finns i binära system, när två stjärnor bildas från molekylära molnet.
Men stjärnan i mitten är inte den enda klumpen. Andra, mindre klumpar bildas i den roterande gasen, och de kan formas till planeter. Några av de gasformiga planeterna, som Jupiter och Saturnus i vårt eget solsystem, kan bli riktigt stora. (Astronomer hänvisar ibland till Jupiter och Saturn som ”misslyckade stjärnor” eftersom de var på väg att bli stjärnor men inte riktigt kunde komma dit.)
Om du kunde frysa processen där, skulle du se en ung stjärna i mitten av en platt, roterande gasmoln. Men i gasen ser du ringformade luckor, där planeter är upptagna med att svepa upp material och bli, ja, planeter. Den processen kallas ackretion. Och det är inte längre ett molekylärt moln, nu kallas det för en "protoplanetär disk", eftersom det är en skivform och prototypplaneter bildas i den.
Och det är exakt vad astronomer ser.
Se de faktiska planeterna
Det som är coolt med dessa nya bilder är att vi inte bara kan se luckorna och ringarna som signalerar närvaron av en planet, vi kan också se faktiska planeter själva. Och det är bara andra gången vi med säkerhet har sett ett system med två planeter som gör luckor på disken. (Ett fyra-planet-system som heter HR 8799 avbildades 2008.)
"Vi blev mycket förvånade när vi hittade den andra planeten."
Sebastiaan Haffert, huvudförfattare, Leiden observatorium.
"Detta är den första otvetydiga upptäckten av ett tvåplanetssystem som snider ett skivgap," sade Julien Girard från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.
I denna nya studie, som publicerades i den 3: e utgåvan av Nature Astronomy, använde teamet av astronomer MUSE Spectrograph på European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT.)
Att se inuti en protoplanetär disk är en tuff uppgift. Stjärnan är inte bara riktigt ljus och dominerar bilden, utan allt gas och damm på skivan kan blockera ljuset från de formande planeterna. MUSE-instrumentet har makten att sortera lås på det ljus som släpps ut av väte i molnet, vilket är ett tecken på väte som ansluter sig till stillbildande planeter.
”Vi blev mycket förvånade när vi hittade den andra planeten,” sade Sebastiaan Haffert från Leiden Observatory, huvudförfattare på papperet.
”Med anläggningar som ALMA, Hubble eller stora markbaserade optiska teleskoper med adaptiv optik ser vi skivor med ringar och luckor överallt. Den öppna frågan har varit, finns det planeter där? I det här fallet är svaret ja, förklarade Girard.
Vad teamet såg var en planet som heter PDS 70c. (En annan planet i samma system, kallad PDS 70b, upptäcktes först för ungefär ett år sedan.)
Den nya planeten, PDS 70c, ligger nära skivans ytterkant och ligger ungefär 3,3 miljarder miles från stjärnan. Det är ungefär samma avstånd som Neptunus är från solen. Astronomer har bara preliminära uppskattningar av planetens massa, men de uppskattar att PDS 70c är mellan 1 och 10 gånger så massiv som Jupiter.
Den tidigare upptäckta planeten, PDS 70b, är cirka 2 miljarder mil från stjärnan, ungefär densamma som Uranus i vårt solsystem. Det är massan mellan 4 och 17 gånger Jupiters massa.
Nu väntar vi. För James Webb-teleskopet
Att få bilder av dessa unga exoplaneter är en lycklig olycka för MUSE-spektrografen. Instrumentet utvecklades ursprungligen för att studera galaxer och stjärnkluster. Men som det visar sig är det bra att upptäcka exoplaneter i processen. Och olyckan har hjälpt till att flytta nebulärhypotesen från hypotes till accepterad teori.
”Det här nya observationsläget utvecklades för att studera galaxer och stjärnkluster med högre rumslig upplösning. Men det här nya läget gör det också lämpligt för exoplanetavbildning, vilket inte var den ursprungliga forskningsdrivrutinen för MUSE-instrumentet, säger Haffert.
I framtiden (framtiden som fortsätter att bli försenad) kommer James Webb Space Telescope (JWST) att främja studien av unga planeter som bildas i dessa diskar. När den oändliga väntan på det avancerade rymdteleskopet är över bör dess kraft tillåta astronomer att nollställa in på mycket specifika våglängder för ljus som släpps ut genom att väta upp vätan.
Det betyder att forskare kommer att kunna mäta temperaturen på vätgas i skivan, liksom dess densitet. Att känna till båda dessa saker hjälper oss att verkligen förstå hur gasjätteplaneter bildas.
Men för tillfället har vi åtminstone bilder av planeterna, och när astronomer tittar ut i galaxen och ser dessa unga stjärnsystem och luckorna i skivorna, kan de vara säkra på att det verkligen finns planeter där.
