Ukendt skatkammer af planeter fundet gemt i støv

"Super-Earths" og planeter på størrelse med Neptun kan dannes omkring unge stjerner i meget større antal, end forskerne troede, ny forskning fra et internationalt hold af astronomer tyder på.

Observerer en prøvetagning af unge stjerner i et stjernedannende område i stjernebilledet Tyren, forskere fandt, at mange af dem var omgivet af strukturer, der bedst kan forklares som spor skabt af usynlige, unge planeter på vej. Forskningen, offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift , hjælper videnskabsmænd med bedre at forstå, hvordan vores eget solsystem blev til.

For omkring 4,6 milliarder år siden, vores solsystem var et brølende, bølgende hvirvel af gas og støv omkring vores nyfødte sol. I de tidlige stadier, denne såkaldte protoplanetariske disk havde ingen mærkbare egenskaber, men snart, dele af det begyndte at smelte sammen til klumper af stof - de fremtidige planeter. Da de hentede nyt materiale på deres tur rundt om solen, de voksede og begyndte at pløje mønstre af huller og ringe ind i skiven, hvorfra de dannede sig. Over tid, den støvede skive gav plads til det relativt velordnede arrangement, vi kender i dag, bestående af planeter, måner, asteroider og lejlighedsvis komet.

Forskere baserer dette scenarie for, hvordan vores solsystem blev til, på observationer af protoplanetariske skiver omkring andre stjerner, der er unge nok til i øjeblikket at være i gang med at føde planeter. Brug af Atacama Large Millimeter Array, eller ALMA, bestående af 45 radioantenner i Chiles Atacama-ørken, holdet udførte en undersøgelse af unge stjerner i Tyrens stjernedannende region, en enorm sky af gas og støv placeret beskedne 450 lysår fra Jorden. Da forskerne fotograferede 32 stjerner omgivet af protoplanetariske skiver, de fandt ud af, at 12 af dem - 40 procent - har ringe og mellemrum, strukturer, der ifølge holdets målinger og beregninger bedst kan forklares ved tilstedeværelsen af ​​spirende planeter.

"Dette er fascinerende, fordi det er første gang, at exoplanetstatistikker, hvilket tyder på, at superjord og Neptun er den mest almindelige type planeter, falder sammen med observationer af protoplanetariske skiver, " sagde avisens hovedforfatter, Feng lang, en ph.d.-studerende ved Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics ved Peking University i Bejing, Kina.

Mens nogle protoplanetariske skiver fremstår som ensartede, pandekagelignende genstande, der mangler træk eller mønstre, koncentriske lyse ringe adskilt af huller er blevet observeret, men da tidligere undersøgelser har fokuseret på de lyseste af disse objekter, fordi de er nemmere at finde, det var uklart, hvor almindelige diske med ring- og mellemrumsstrukturer egentlig er i universet. Denne undersøgelse præsenterer resultaterne af den første objektive undersøgelse, idet målskiverne blev udvalgt uafhængigt af deres lysstyrke - med andre ord, forskerne vidste ikke, om nogen af ​​deres mål havde ringstrukturer, da de valgte dem til undersøgelsen.

"De fleste tidligere observationer var rettet mod at opdage tilstedeværelsen af ​​meget massive planeter, som vi ved er sjældne, der havde skåret store indre huller eller huller ud i lyse skiver, " sagde avisens anden forfatter Paola Pinilla, en NASA Hubble Fellow ved University of Arizonas Steward Observatory. "Mens massive planeter var blevet udledt i nogle af disse lyse diske, man havde ikke vidst lidt om de svagere skiver."

Holdet, som også inkluderer Nathan Hendler og Ilaria Pascucci ved UA's Lunar and Planetary Laboratory, målte egenskaberne af ringe og huller observeret med ALMA og analyserede dataene for at evaluere mulige mekanismer, der kunne forårsage de observerede ringe og huller. Selvom disse strukturer kan være udskåret af planeter, tidligere forskning har antydet, at de også kan være skabt af andre effekter. I et almindeligt foreslået scenarie, såkaldte islinjer forårsaget af ændringer i støvpartiklernes kemi hen over skiven som reaktion på afstanden til værtsstjernen og dens magnetfelt skaber trykvariationer hen over skiven. Disse effekter kan skabe variationer i disken, viser sig som ringe og huller.

Forskerne udførte analyser for at teste disse alternative forklaringer og kunne ikke etablere nogen sammenhæng mellem stjernernes egenskaber og mønstrene af huller og ringe, de observerede.

"Vi kan derfor udelukke den almindeligt foreslåede idé om islinjer, der forårsager ringene og hullerne, " sagde Pinilla. "Vores resultater efterlader begyndende planeter som den mest sandsynlige årsag til de mønstre, vi observerede, selvom nogle andre processer også kan være på arbejde."

Da det er umuligt at opdage de individuelle planeter direkte på grund af værtsstjernens overvældende lysstyrke, holdet udførte beregninger for at få en idé om den slags planeter, der kan dannes i Tyrens stjernedannende område. Ifølge resultaterne Neptun-størrelse gasplaneter eller såkaldte super-jorde – terrestriske planeter på op til 20 jordmasser – burde være de mest almindelige. Kun to af de observerede skiver kunne potentielt rumme giganter, der konkurrerer med Jupiter, den største planet i solsystemet.

"Da de fleste af de nuværende exoplanetundersøgelser ikke kan trænge igennem det tykke støv af protoplanetariske skiver, alle exoplaneter, med en enkelt undtagelse, er blevet opdaget i mere udviklede systemer, hvor en disk ikke længere er til stede, " sagde Pinilla.

Fremadrettet, forskergruppen planlægger at flytte ALMAs antenner længere fra hinanden, hvilket skulle øge arrayets opløsning til omkring fem astronomiske enheder (én AU er lig med den gennemsnitlige afstand mellem Jorden og solen), og at gøre antennerne følsomme over for andre frekvenser, der er følsomme over for andre typer støv.

"Vores resultater er et spændende skridt i forståelsen af ​​denne nøglefase i planetdannelsen, "Længe sagde, "og ved at foretage disse justeringer, vi håber på bedre at forstå oprindelsen af ​​ringene og hullerne."