Konstnärens koncept av Jupiter-liknande planet som kretsar runt en stjärna. Bildkredit: NASA Klicka för förstoring
Med hjälp av NASA: s Spitzer Space Telescope har ett team av astronomer under ledning av University of Rochester upptäckt luckor som ringer de dammiga skivorna runt två mycket unga stjärnor, vilket antyder att gasjätteplaneter har bildats där. För ett år sedan fann samma forskare bevis på den första "babyplaneten" runt en ung stjärna, och utmanade de flesta astrofysikernas modeller av jätteplanetbildning.
De nya resultaten i september 10-numret av Astrophysical Journal Letters stärker inte bara idén att jätteplaneter som Jupiter formar sig mycket snabbare än vad forskarna traditionellt har förväntat sig, men en av de gasinhyllade stjärnorna, kallad GM Aurigae, är analog med vår egen solsystem. Vid bara 1 miljon års ålder ger stjärnan ett unikt fönster i hur vår egen värld kan ha blivit till.
"GM Aurigae är i huvudsak en mycket yngre version av vår sol, och gapet på disken är ungefär samma storlek som utrymmet som våra egna jätteplaneter upptar," säger Dan Watson, professor i fysik och astronomi vid University of Rochester och ledare för forskargruppen för Spitzer IRS-diskar. "Att titta på det är som att titta på babybilder på vår sol och yttre solsystem," säger han.
"Resultaten utgör en utmaning för befintliga teorier om jätteplanetbildning, särskilt de där planeter gradvis byggs upp över miljoner år," säger Nuria Calvet, professor i astronomi vid University of Michigan och huvudförfattare till tidningen. "Studier som denna kommer i slutändan att hjälpa oss att bättre förstå hur våra yttre planeter, liksom andra i universum, bildas."
De nya "babyplaneterna" bor inom raderna de har skurat ut på skivorna runt stjärnorna DM Tauri och GM Aurigae, 420 ljusår bort i Taurus-stjärnan. Dessa skivor har under flera år misstänkts ha centrala hål som kan bero på planetbildning. De nya spektra lämnar emellertid inget tvivel: luckorna är så tomma och skarpa kanter att planetbildning är den överlägset mest förnuftiga förklaringen för deras utseende.
De nya planeterna kan ännu inte ses direkt, men Spitzers instrument för infraröd spektrografik (IRS) visade tydligt att ett område med damm som omger vissa stjärnor saknades, vilket tyder starkt på att det finns en planet runt var och en. Dammet i en protoplanetär disk är varmare i mitten nära stjärnan och strålar så ut det mesta av sitt ljus på kortare våglängder än de svalare yttersta delarna av skivan. IRS-diskslaget fann att det fanns ett plötsligt underskott av ljus som strålade vid alla korta infraröda våglängder, vilket tyder starkt på att den centrala delen av disken var frånvarande. Dessa stjärnor är mycket unga enligt stjärnstandarder, ungefär en miljon år gamla, fortfarande omgiven av deras embryonala gasskivor. Den enda livskraftiga förklaringen på frånvaron av gas som kan uppstå under den korta livstiden för stjärnan är att en planet "troligen en gasgigant som vår Jupiter" kretsar runt stjärnan och gravitativt "sveper ut" gasen inom det avståndet från stjärna.
Liksom med förra årets fynd av unga planeter, representerar dessa observationer en utmaning för alla befintliga teorier om jätteplanetbildning, särskilt de för "kärnanslutning" -modeller där sådana planeter byggs upp genom tillträde av mindre kroppar, som kräver mycket mer tid att bygga en jätteplanet än dessa systems ålder.
IRS Disks-teamet upptäckte något annat nyfiken på GM Aurigae. I stället för en enkel central rensning av dammskivan, som i de andra studerade fallen, har GM Aurigae ett tydligt mellanrum i disken som skiljer en tät, dammig yttre skiva från en spänd inre. Detta kan vara antingen ett mellanstadium när den nya planeten rensar bort dammet som omger den och leder till en fullständig central rensning som de andra "babyplaneten" -skivorna, eller det kan vara resultatet av flera planeter som bildas inom en kort tid och sveper ut dammet på ett mer komplext sätt.
GM Aurigae har 1,05 gånger massan av vår sol - en nära tvilling? Så den kommer att utvecklas till en stjärna som är mycket lik solen. Om det överlappades på vårt eget solsystem skulle det upptäckta gapet sträcka sig ungefär från Jupiters omloppsbana (460 miljoner miles) till Uranus omloppsbana (1,7 miljarder miles). Detta är samma intervall som gasjätteplaneterna i vårt eget system visas. Små planeter som inte är gasgas, klippiga världar som Jorden, skulle inte sopa upp så mycket material, och det kan därför inte upptäckas från frånvaro av damm.
Spitzer Space Telescope lanserades i omloppsbana den 25 augusti 2003. IRS: s forskargrupp leds av medlemmar som byggde Spitzers infraröda spektrografi och inkluderar astronomer vid University of Rochester, Cornell University, University of Michigan, Autonomous National University of Mexico, University of Virginia, Ithaca College, University of Arizona och UCLA. NASA: s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, hanterar Spitzer Space Telescope-uppdraget för NASA: s Science Mission Directorate, i Washington. Vetenskapliga operationer bedrivs vid Spitzer Science Center vid California Institute of Technology, även i Pasadena.
