Gasvandfald afslører spædbarnsplaneter omkring ung stjerne

Planeternes fødesteder er skiver lavet af gas og støv. Astronomer studerer disse såkaldte protoplanetariske skiver for at forstå processerne for planetdannelse. Smukke billeder af diske lavet med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), hvordan distinkte huller og ring optræder i støv, som kan være forårsaget af spæde planeter.

For at få mere sikkerhed for, at disse huller faktisk er forårsaget af planeter, og for at få et mere komplet overblik over planetdannelsen, forskere studerer gassen i skiverne ud over støv. 99 procent af en protoplanetarisk skives masse er gas, hvoraf kulilte (CO) gas er den lyseste komponent, udsender lys med en meget karakteristisk millimeterbølgelængde, som ALMA kan observere.

Sidste år, to hold af astronomer demonstrerede en ny planetjagtteknik ved hjælp af denne gas. De målte hastigheden af ​​CO-gas, der roterede i skiven omkring den unge stjerne HD 163296. Lokaliserede forstyrrelser i gassens bevægelser afslørede tre planetlignende mønstre i skiven.

I denne nye undersøgelse, hovedforfatter Richard Teague fra University of Michigan og hans team brugte nye højopløselige ALMA-data fra Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) til at studere gassens hastighed mere detaljeret. "Med high fidelity-data fra dette program, vi var i stand til at måle gassens hastighed i tre retninger i stedet for kun én, " sagde Teague. "For første gang, vi målte gassens bevægelse omkring stjernen, mod eller væk fra stjernen, og op- eller nedad i disken."

Unikke gasstrømme

Teague og hans kolleger så gassen bevæge sig fra de øverste lag mod midten af ​​skiven på tre forskellige steder. "Det, der højst sandsynligt sker, er, at en planet i kredsløb om stjernen skubber gassen og støvet til side, åbne et hul, " Forklarede Teague. "Gassen over hullet kollapser derefter ind i den som et vandfald, forårsager en rotationsstrøm af gas i skiven."

Dette er det bedste bevis til dato på, at der faktisk er planeter ved at blive dannet omkring HD 163296. Men astronomer kan ikke sige med hundrede procent sikkerhed, at gasstrømmene er forårsaget af planeter. For eksempel, stjernens magnetfelt kan også forårsage forstyrrelser i gassen. "Lige nu, kun en direkte observation af planeterne kunne udelukke de andre muligheder. Men mønstrene for disse gasstrømme er unikke, og det er meget sandsynligt, at de kun kan være forårsaget af planeter, " sagde medforfatter Jaehan Bae fra Carnegie Institution for Science, som testede denne teori med en computersimulering af disken.

Placeringen af ​​de tre forudsagte planeter i denne undersøgelse svarer til resultaterne fra sidste år:de er sandsynligvis placeret på 87, 140 og 237 AU. (En astronomisk enhed - AU - er den gennemsnitlige afstand fra Jorden til Solen.) Den nærmeste planet på HD 163296 er beregnet til at være halvdelen af ​​Jupiters masse, mellemplaneten er Jupiter-masse, og den fjerneste planet er dobbelt så massiv som Jupiter.

Planetatmosfærer

Gasstrømme fra overfladen mod midtplanet af den protoplanetariske skive er blevet forudsagt af teoretiske modeller at eksistere siden slutningen af ​​90'erne, men det er første gang, de er blevet observeret. Ikke kun kan de bruges til at opdage spæde planeter, de former også vores forståelse af, hvordan gasgigantplaneter opnår deres atmosfærer.

"Planeter dannes i det midterste lag af disken, det såkaldte mellemplan. Dette er et koldt sted, beskyttet mod stråling fra stjernen, " Teague forklarede. "Vi tror, ​​at hullerne forårsaget af planeter bringer varmere gas ind fra de mere kemisk aktive ydre lag af skiven, og at denne gas vil danne planetens atmosfære."

Teague og hans hold forventede ikke, at de ville være i stand til at se dette fænomen. "Disken omkring HD 163296 er den lyseste og største disk, vi kan se med ALMA, " sagde Teague. "Men det var en stor overraskelse faktisk at se disse gasstrømme så tydeligt. Diskene ser ud til at være meget mere dynamiske, end vi troede."

"Dette giver os et meget mere komplet billede af planetdannelsen, end vi nogensinde havde drømt om, " sagde medforfatter Ted Bergin fra University of Michigan. "Ved at karakterisere disse strømme kan vi bestemme, hvordan planeter som Jupiter fødes og karakterisere deres kemiske sammensætning ved fødslen. Vi kan måske bruge dette til at spore disse planeters fødested, da de kan bevæge sig under dannelsen."