Et mærkeligt planetsystem omkring hurtigt-spinende stjerne passer ikke helt til eksisterende modeller for planetdannelse

Astronomer har opdaget en sjælden, varm, massiv Jupiter-lignende planet, der kredser om en stjerne, der roterer ekstremt hurtigt. Opdagelsen rejser gådefulde spørgsmål om planetdannelse – hverken planetens forholdsvis lille masse eller dens store afstand fra værtsstjernen forventes ifølge nuværende modeller. Observationerne, der førte til opdagelsen, blev foretaget ved hjælp af SPHERE-instrumentet ved ESO's meget store teleskop. Artiklen, der beskriver resultaterne, er blevet accepteret til publicering i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

Omskrivning af Isaac Asimov, videnskabelige fremskridt annonceres ikke så meget af "Eureka!" end ved "Hm, det er mærkeligt!" Det nyopdagede planetsystem HIP 65426 er et eksempel:Med en central stjerne i ultrahurtig rotation, fraværet af en gasskive, man ville have forventet for et system, der er 14 millioner år gammelt og et forholdsvis let, fjern planet, systemet passer ikke helt til de eksisterende modeller for, hvordan planetsystemer opstår.

Planeter er dannet i gigantiske skiver af gas og støv, der omgiver unge stjerner. I de unge planetsystemer, der hidtil er blevet fundet, inklusive alle de observerede med SPHERE-instrumentet, rester af disken er normalt stadig synlige. Der er en vis grad af korrelation i masse:massive stjerner har tendens til at have mere massive skiver, danner mere massive planeter.

Indtast HIP 65426b, en planet nyligt opdaget af en gruppe astronomer, der omfatter forskere fra Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), og dets værtssystem. HIP 65426b blev opdaget med SPHERE-instrumentet ved Very Large Telescope ved ESO's Paranal Observatory i Chile, som tog et direkte billede af planeten. Den centrale stjerne, HIP 65426, er en del af, hvad man kan kalde en stjernebørnehave:Scorpius-Centaurus-foreningen, som indeholder mellem 3000 og 5000 stjerner, der er dannet på omtrent samme tid, i en afstand af næsten 400 lysår fra Jorden. Anvendelse af almindelige astronomiske teknikker til at datere stjerner både til HIP 65426 individuelt og til dens stjernernes naboer, det følger, at HIP 65426 kun er omkring 14 millioner år gammel.

Gael Chauvin fra universitetet i Grenoble og universitetet i Chile, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, siger:"Vi forventer, at et planetsystem, som er så ungt, stadig har en støvskive, som kunne vise sig i observationer. HIP 65426 har ikke en sådan disk kendt i øjeblikket - en første indikation af, at dette system ikke helt passer til vores klassiske modeller for planetdannelse."

En usædvanlig planet

Der er, imidlertid, planeten HIP 65426b. Sammenligning af de direkte observationer med egnede modeller, HIP 65426b er en varm Jupiter-lignende planet, med en temperatur på omkring 1300-1600 Kelvin (1000-1300 grader Celsius), omkring 1,5 gange radius af Jupiter, og mellem 6 og 12 gange Jupiters masse. Dette ville gøre HIP 65426b til en gasgigant, ligesom Jupiter, med en fast kerne og tykke lag af (for det meste brint) gas. Ja, spektralundersøgelser ved hjælp af SPHEREs spektrograf indikerer tilstedeværelsen af ​​vanddamp og rødlige skyer, ligner Jupiters. Planeten er langt ude, kredser om sin værtsstjerne med 100 astronomiske enheder (100 gange den gennemsnitlige Jord-Sol-afstand, og mere end tre gange Neptuns afstand fra Solen).

Igen, dette repræsenterer forskellige niveauer af mærkelighed:Stjerner af typen HIP 65426 (spektralklasse A2V) forventes at have omkring det dobbelte af Solens masse; det har længe været antaget, at en sådan stjerne ville have meget mere massive kæmpeplaneter end de 6-12 Jupitermasser af HIP 65426b. På den anden side, sådanne gigantiske planeter ville ikke forventes så langt ude som HIP 65426b.

Sidst men ikke mindst, værtsstjernen HIP 65426 er speciel, samt:Ifølge spektre taget med ESO's HARPS-spektrograf, den roterer omkring 150 gange så hurtigt som Solen. Der er kun én anden stjerne af lignende type, der roterer så hurtigt, og at man er en del af et binært stjernesystem. I et sådant system, stofoverførsel fra den ene stjerne til den anden kan dreje den modtagende stjerne op. Hvordan en enkelt stjerne kunne have accelereret så meget kræver en forklaring.

Oprindelsen af ​​HIP 654426b:et systemdækkende drama?

Indtil nu, astronomerne kan kun spekulere om oprindelsen af ​​det nyopdagede systems ejendommelige egenskaber. Et muligt scenarie involverer et regulært drama i planetarisk skala:I første omgang, HIP 65426b ville have dannet sig meget tættere på stjernen (hvilket forklarer dens forholdsvis lave masse), og mindst én anden massiv krop ville også have dannet sig. På et tidspunkt, HIP 65426b og den anden krop ville være kommet tæt nok på til, at HIP 65426b kunne blive slynget udad (op til dens nuværende store afstand) og den anden krop bevæger sig indad og smelter sammen med stjernen (hvorved stjernens hurtige rotation forårsages). Planeterne, der krydser systemet, kunne også have destabiliseret disken, forklarer, hvorfor den ikke overlevede længe nok til at blive observeret.

En alternativ forklaring ville involvere særlig dynamik af den protoplanetariske skive, med både stjernen og planeten, der dannes ved kollaps på samme tid ved fragmentering - hvilket stadig ville kræve en forklaring på, hvorfor skiven var så kortvarig at den var forsvundet nu.

Mere konkrete forklaringer må vente på yderligere observationer og simuleringer. De kan have en indflydelse på vores forståelse af, hvordan gasgiganter dannes, udvikle sig, og muligvis migrere, generelt. Det her, på tur, er afgørende for at forstå dannelsen af ​​planetsystemer som helhed:Værtsstjernens masse til side, det meste af massen i et planetsystem bæres af sådanne gigantiske planeter, og tilstedeværelsen og egenskaberne af sådanne planeter har en afgørende indflydelse på dannelsen af ​​deres mindre fætre, såsom jordlignende planeter eller superjorder.

For SPHERE-teamet, opdagelsen har en yderligere særlig betydning. Dette er den første planet, der er opdaget ved hjælp af SPHERE-instrumentet. MPIA direktør Thomas Henning, som er en af ​​SPHERE-instrumentets fædre og medforfatter til denne undersøgelse, tilføjer:"Direkte billeder af exoplaneter er stadig meget sjældne, men de indeholder et væld af oplysninger om planeter såsom HIP 65426b. Analysen af ​​planetens direkte lys giver os mulighed for at begrænse sammensætningen af ​​planetens atmosfære med stor tillid. "Billeder findes for mindre end 20 af de aktuelt kendte 3600 exoplaneter; de almindelige påvisningsmetoder er alle indirekte, afhængige som de gør på, hvordan tilstedeværelsen af ​​en planet påvirker værtsstjernens lys. Direkte billeddannelse er meget vanskelig, Da stjerner er så klare, overdøver deres lys alt lys fra omkringliggende planeter. SPHERE er designet til optimalt at undertrykke stjernernes lys, giver mulighed for billeder og spektre af omgivende planeter. Indtil nu, direkte billeddannelse er den eneste måde at opdage planeter, hvis afstand fra deres værtsstjerne er stor - planeter som den usædvanlige HIP 65426b.