Fire-planet system direkte afbildet i bevægelse

Beliggende omkring 129 lysår fra Jorden i retning af Pegasus-stjernebilledet er det relativt unge stjernesystem af HR 8799. Begyndende i 2008, fire kredsende exoplaneter blev opdaget i dette system, som – sammen med exoplaneten Formalhaut b – var de allerførste, der blev bekræftet ved hjælp af den direkte billeddannelsesteknik. Og med tiden, astronomer er kommet til at tro, at disse fire planeter er i resonans med hinanden.

I dette tilfælde, de fire planeter kredser om deres stjerne med en 1:2:4:8 resonans, hvilket betyder, at hver planets omløbsperiode er i et næsten præcist forhold til de andre i systemet. Dette er et relativt unikt fænomen, en, der inspirerede en Jason Wang – en kandidatstuderende fra Berkeley-delen af ​​den NASA-sponsorerede Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) – til at producere en video, der illustrerer deres orbital-dans.

Ved hjælp af billeder opnået af W.M. Keck Observatory over en syvårig periode, Wangs video giver et glimt af disse fire exoplaneter i bevægelse. Som du kan se nedenfor, den centrale stjerne er mørklagt, så lyset, der reflekteres fra dens planeter, kan ses. Og selvom den ikke viser planeterne, der fuldfører en fuld omløbsperiode (som ville tage årtier og endda århundreder), illustrerer den smukt den resonans, der eksisterer mellem stjernens fire planeter.

Som Jason Wang fortalte Universe Today via e-mail:

"Dataene blev opnået over 7 år fra et af de 10 meter lange Keck-teleskoper af et hold astronomer (Christian Marois, Quinn Konopacky, Bruce Macintosh, Travis Barman, og Ben Zuckerman). Christian reducerede hver af de 7 epoker af data, at lave 7 frames af data. Jeg lavede derefter en film ved at bruge en bevægelsesinterpolation til at interpolere de 7 billeder til 100 billeder for at få en jævn video, så den ikke er hakkende (som om vi kunne observere dem hver måned fra Jorden).

Billederne af de fire exoplaneter blev oprindeligt taget af Dr. Christian Marois fra National Research Council of Canadas Herzberg Institute of Astrophysics. Det var i 2008, at Marois og hans kolleger opdagede de tre første af HR 8799's planeter – HR 8799 b, c og d – ved hjælp af direkte billeddannelsesteknik. Omtrent på samme tid, et hold fra UC Berkeley annoncerede opdagelsen af ​​Fomalhaut b, også ved hjælp af direkte billeddannelse.

Disse planeter var alle fast besluttet på at være gasgiganter af samme størrelse og masse, med mellem 1,2 og 1,3 gange størrelsen af ​​Jupiter, og 7 til 10 gange dens masse. På tidspunktet for deres opdagelse, HR 8799 d blev antaget at være den nærmeste planet til sin stjerne, i en afstand på omkring 27 astronomiske enheder (AU'er) - mens de to andre kredser i en afstand på omkring 42 og 68 AU'er, henholdsvis.

Det var først bagefter, at holdet indså, at planeterne allerede var blevet observeret i 1998. Dengang, Hubble-rumteleskopets nær-infrarøde kamera og multiobjektspektrometer (NICMOS) havde fået lys fra systemet, der indikerede tilstedeværelsen af ​​planeter. Imidlertid, dette blev først gjort klart, efter at en nyudviklet billedbehandlingsteknik var blevet installeret. Derfor, "før-opdagelsen" gik ubemærket hen.

Yderligere observationer i 2009 og 2010 afslørede eksistensen af ​​den fjerde planet - HR 8799 e - som havde en bane, der placerede den inde i de tre andre. Ikke desto mindre, denne planet er femten gange længere fra sin stjerne, end Jorden er fra Solen, hvilket resulterer i en omløbsperiode på omkring 18, 000 dage (49 år). De andre tager omkring 112, 225, og 450 år (henholdsvis) at fuldføre et kredsløb af HR 8799.

Ultimativt, Wang besluttede at producere videoen (som ikke var hans første), for at illustrere, hvor spændende jagten på exoplaneter kan være. Som han udtrykte det:

"Jeg havde skrevet denne bevægelsesinterpolationsalgoritme til et andet exoplanetsystem, Beta Pictoris b, hvor vi ser en planet på en kant-on-bane, der ser ud som om den dykker ind i sin stjerne (den cirkler faktisk bare foran den). Vi ønskede at gøre det samme for HR 8799 for at bringe dette system til live og dele vores begejstring ved direkte billeddannelse af exoplaneter. Jeg synes, det er ret fantastisk, at vi har teknologien til at se andre verdener kredse om andre stjerner."

Ud over, videoen henleder opmærksomheden på et stjernesystem, der giver nogle unikke muligheder for exoplanetforskning. Da HR 8799 var det første multiplanetariske system, der blev afbildet direkte, betyder det, at astronomer direkte kan observere de fire planeters kredsløb, observere deres dynamiske interaktioner, og bestemme, hvordan de kom til deres nuværende konfiguration.

Astronomer vil også være i stand til at tage spektre af disse planeters atmosfærer for at studere deres sammensætning, og sammenligne dette med vores eget solsystems gasgiganter. Og da systemet egentlig er ret ungt (kun 40 millioner år gammelt), det kan fortælle os meget om planetdannelsesprocessen. Sidst, men ikke mindst, deres brede baner (en nødvendighed i betragtning af deres størrelse) kan betyde, at systemet er mindre end stabilt.

I fremtiden, ifølge Wang, astronomer vil se på, om nogen planeter bliver slynget ud af systemet. Jeg ved ikke med dig, men jeg ville overveje, at en video, der illustrerer en af ​​HR 8799's gasgiganter, der bliver startet ud af sit system, også ville være ret inspirerende!