Tähtitieteilijät ovat havainneet ensimmäistä kertaa kuita muodostuvan suuren eksoplaneetan ympärillä olevasta roskalevystä. Tähtitieteilijät ovat epäillyt pitkään, että tällä tavalla suuret planeetat - kuten oman aurinkokuntamme Jupiter - saavat kuunsa. Kaikki tapahtuu hyvin nuoren tähden ympärillä PDS 70 , noin 370 valovuoden päässä Kentauruksen tähdistössä.
'Ensimmäistä kertaa voimme lopullisesti nähdä ympyrämäisen levyn merkkejä...'
Andrea Isella, pääkirjailija, Rice University
Hyväksytty teoria planeettojen muodostumisesta on nimeltään sumuinen hypoteesi . Kaikki alkaa tähden muodostumisesta valtavaan kaasupilveen, jota kutsutaan jättimäiseksi molekyylipilveksi (GMC). Kun tähti muodostuu, pilvestä muodostuu pyörivä litistetty kaasu- ja pölykiekko, jota kutsutaan protoplanetaariseksi levyksi tai ympyrätähdeksi. Aine alkaa tiivistyä tällä levyllä möykkyiksi, ja nämä möhkäleet muuttuvat planeetoiksi.
Jos kiekkoon muodostuvan planeetan massa kasvaa suuremmaksi kuin noin 10 Maan massaa, tapahtuu jotain muuta. Massansa vuoksi planeetta avaa aukon protoplanetaarisessa levyssä. Kun materiaali kulkee tuon raon läpi, se voi päästä niin lähelle planeettaa, että planeetan painovoima hallitsee isäntätähden painovoimaa. Tämä materiaali jää sitten loukkuun planeetan ympäri pyörivään ympyräplaneettalevyyn (CPD), kuten levy levyssä.
Suuri osa planeetan ympärillä olevasta materiaalista kerääntyy muodostuvalle planeetalle. Mutta ei kaikkea. Samat voimat, jotka loivat planeetat tähtien ympärillä olevasta kiekosta, toimivat. Ne voivat luoda kuita materiaalista, joka pyörii levyssä planeetan ympäri.
Nyt tähtitieteilijöiden ryhmä on havainnut tämän ympyränmuotoisen kiekon ja siihen muodostuvan kuut ensimmäistä kertaa.
Näitä havaintoja hahmottelevan tutkimuksen johtava kirjoittaja on Andrea Isella, tähtitieteilijä Rice Universitystä Houstonissa, Texasissa. Löydökset julkaistiin The Astrophysical Journal letters -lehdessä, ja niiden otsikko on ' Ehdokasprotoplaneettoihin liittyvän jatkuvan submillimetrin päästön havaitseminen. '
'Planeetat muodostuvat kaasu- ja pölykiekoista vasta muodostuvien tähtien ympärille, ja jos planeetta on tarpeeksi suuri, se voi muodostaa oman kiekkonsa, kun se kerää materiaalia kiertoradallensa tähden ympärillä', Isella sanoi. 'Jupiter ja sen kuut ovat pieni planeettajärjestelmä aurinkokunnassamme, ja uskotaan, että Jupiterin kuut muodostuivat ympyräplaneetan levystä, kun Jupiter oli hyvin nuori.'
Kaikki tapahtuu PDS 70 -tähden ympärillä. Tämä tähti oli uutisissa noin vuosi sitten, kun tähtitieteilijät ottivat kaikkien aikojen ensimmäisen kuvan vasta muodostuva planeetta ympyränmuotoisessa levyssä. Tämän planeetan nimi on PDS 70b. Tämä löytö oli suuri uutinen tuolloin, hyvästä syystä.
Tämä ESO:n Very Large Telescope -teleskoopin SPHERE-instrumentin upea kuva on ensimmäinen selkeä kuva planeettasta, joka on jäänyt kääpiötähden PDS 70:n ympärille muodostumiseen. Tämä kuva on heinäkuussa 2018 tehdystä tutkimuksesta. Luotto: ESO/A. Müller et ai.
PDS 70b ei ole ainoa planeetta, joka kiertää tähteä. Myös toinen planeetta, PDS 70c, on kiertoradalla, ja ne ovat molemmat kaasujättiläisiä. Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Very Large Telescope (VLT) havaitsi molemmat planeetat optisella ja infrapunalla. Vedyn lämmin hehku, joka kerääntyi planeettapariin, antoi ne pois.
Ryhmä yhdisti VLT-havainnot uusiin Atacama Large Millimeter/Sub-Millimeter Array (ALMA) -radiohavaintoihin. Tulos on vakuuttava todiste protoplanetaarisesta kiekosta uloimman tähden, PDS 70c:n, ympärillä.
Tämä on yhdistelmäkuva PDS 70:stä. Vertaamalla uusia ALMA-tietoja aikaisempiin VLT-havaintoihin tähtitieteilijät päättelivät, että PDS 70 c:ksi nimetyllä nuorella planeetalla on ympyräplaneetta, jonka uskotaan vahvasti olevan kuun syntymäpaikka.
LUOTTO: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) A. Isella; ETTÄ
'Ensimmäistä kertaa voimme lopullisesti nähdä ympyrämäisen kiekon ilmaisumerkit, mikä auttaa tukemaan monia nykyisiä planeettojen muodostumisen teorioita', sanoi Andrea Isella, johtava kirjoittaja.
'Vertaamalla havaintojamme korkearesoluutioisiin infrapuna- ja optisiin kuviin voimme selvästi nähdä, että muuten arvoituksellinen pienten pölyhiukkasten pitoisuus on itse asiassa planeetan ympärillä oleva pölykiekko, ensimmäinen tällainen ominaisuus, joka on koskaan lopullisesti havaittu', hän sanoi. Tutkijoiden mukaan tämä on myös ensimmäinen kerta, kun planeetta on selvästi nähty näissä kolmessa erillisessä valokaistassa.
Yksi kysymys vastattu, toinen kysytty
PDS 70b ja c näyttävät erilaisia ominaisuuksia, ja tämän tutkimuksen takana oleva tiimi ei ole aivan varma, mitä se kaikki tarkoittaa.
'Mitä tämä on ja mitä se tarkoittaa tälle planeettajärjestelmälle, ei vielä tiedetä.'
Andrea Isella, pääkirjailija, Rice University
PDS 70c, parin uloin tähti, on yhtä kaukana tähdestään kuin Neptunus auringosta. Se on täsmälleen samassa paikassa kuin ALMA-tiedoissa näkyvä ilmeinen pölysolmu. Koska tämä planeetta loistaa niin kirkkaasti valon infrapuna- ja vetykaistalla, tähtitieteilijät voivat vakuuttavasti sanoa, että siellä on jo täysin muodostunut planeetta. Kirkkaat infrapuna- ja vetynauhat osoittavat, että lähellä olevaa kaasua kerääntyy edelleen planeetan pinnalle ja lopettaa nuoruuden kasvupyrähdyksen.
Tähtitieteilijät arvioivat, että PDS 70c on noin 1-10 kertaa Jupiterin massa. 'Jos planeetta on tämän arvion suuremmassa päässä, on täysin mahdollista, että sen ympärille voi muodostua planeetan kokoisia kuita', Isella huomautti.
Mutta PDS 70b:ssä on jotain muuta meneillään. Niiden planeettojen, jotka ovat suunnilleen samalla etäisyydellä tähdestään kuin Uranus on Auringosta, takana on pölymassa kuin häntä. Ja tähtitieteilijät eivät ole varmoja, miten se sopii.
'Mitä tämä on ja mitä se tarkoittaa tälle planeettajärjestelmälle, ei vielä tiedetä', Isella sanoi. 'Ainoa ratkaiseva asia, jonka voimme sanoa, on, että se on tarpeeksi kaukana planeettasta ollakseen itsenäinen ominaisuus.'
Tähtitieteilijät ovat melko varmoja siitä, että prosessi, jonka he näkevät pyörivän PDS 70c:n ympärillä, on sama prosessi, joka toimi Jupiterin kuuiden luomisessa. On kuitenkin syytä huomata, että aurinkokuntamme toinen kaasujättiläinen eroaa Jupiterista. Saturnuksen kuut syntyivät todennäköisesti planeetan ympärillä olevan kiekon seurauksena, mutta sen jäiset renkaat syntyivät todennäköisesti komeettojen ja muiden kivisten kappaleiden törmääessä toisiinsa.
Näitä eksoplaneettajärjestelmiä on tunnetusti vaikea havaita optisessa ja infrapunavalossa. Näissä spektrin osissa tähdestä tuleva energia peittää planeetoilta tulevan valon. Mutta ei ALMAlle.
Radiotähtitieteilijät, jotka käyttävät Atacama Large Millimeter/Submillimeter -teleskooppeja Chilessä, ovat löytäneet kaasu- ja pölykiekon (vasemmalla) eksoplaneetan PDS 70 c ympäriltä, joka on edelleen muodostuva kaasujättiläinen, joka oli peitetty näkyviltä vuoden 2018 infrapunakuvassa (oikealla) joka paljasti ensimmäisenä sisarplaneettansa, PDS 70 b. LUOTTO: A. Isella, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
ALMA keskittyy radioaalloille, ja tähdet lähettävät radioaaltoja vain heikosti. Tiimi sanoo, että he voivat jatkaa PDS 70 -järjestelmän tarkkailua ALMA:n kanssa seuratakseen sen muuttumista ja kehittymistä.
'Tämä tarkoittaa, että voimme palata tähän järjestelmään eri ajanjaksoina ja helpommin kartoittaa planeettojen kiertoradan ja pölypitoisuuden järjestelmässä', Isella totesi. 'Tämä antaa meille ainutlaatuisen näkemyksen aurinkojärjestelmien kiertoradan ominaisuuksista niiden varhaisimmissa kehitysvaiheissa.'
Tämän ympyrämäisen levyn ja siihen mahdollisesti muodostuvien kuuiden löytö on sinänsä mielenkiintoinen, mutta tapa, jolla ryhmä löysi levyn, on myös lupaava tulevaisuuden kannalta. Vaikka muitakin on löydetty, tämä tutkimus on vakuuttavin.
'On kourallinen ehdokasplaneettoja, jotka on havaittu levyiltä, mutta tämä on hyvin uusi ala, ja niistä kaikista keskustellaan edelleen', Isella sanoi. '(PDS 70 b ja PDS 70 c) ovat vahvimpia, koska eri instrumenteilla ja tekniikoilla on tehty riippumattomia havaintoja.'
Kirjoittajat sanovat artikkelinsa lopuksi: 'Väitämme, että optiset, NIR- ja (sub)millimetrihavainnot täydentävät toisiaan erittäin hyvin, koska ne tutkivat planeetan kertymisprosessien eri näkökohtia ja niihin vaikuttavat erilaiset systemaattiset virheet.' He huomauttavat myös, että ALMA ei yksin pysty tekemään työtä. Yhdistämällä erilaisia havaintoja he ovat avanneet nämä eksoplaneetat ja niiden levyt yksityiskohtaisempaan tutkimukseen.
ALMA ei yksin pysty tekemään sellaista työtä, jota tarvitaan ympyräplaneettojen ja kuun muodostumisen tutkimiseen. Yllä oleva kuva näyttää, kuinka useiden instrumenttien avulla löydetään molempien planeettojen ja niiden renkaiden sijainnit ja perässä olevat piirteet. Kuvan luotto: Isella et. al. 2019
Tutkimuksesta: 'ALMAn ja olemassa olevien optisten teleskooppien saavuttaessa täyden kuvantamiskykynsä, tulevat havainnot läheisistä tähtien ympärillä olevista levyistä, joille on tunnusomaista PDS 70:ssä havaitut ontelot ja aukot, saattavat paljastaa enemmän vastasyntyneitä planeettoja, jotka ovat vuorovaikutuksessa syntymälevynsä kanssa. Tällaiset havainnot ovat perustavanlaatuisia planeettajärjestelmien muodostumisesta vastaavien prosessien tutkimisessa.'