Kæmpeplaneter omkring unge stjerne rejser spørgsmål om, hvordan planeter dannes

Forskere har identificeret en ung stjerne med fire planeter på størrelse med Jupiter og Saturn i kredsløb omkring sig, første gang, at så mange massive planeter er blevet opdaget i et så ungt system. Systemet har også sat en ny rekord for den mest ekstreme række af baner, der endnu er observeret:den yderste planet er mere end tusind gange længere fra stjernen end den inderste, hvilket rejser interessante spørgsmål om, hvordan et sådant system kunne have dannet sig.

Stjernen er blot to millioner år gammel – et 'småbarn' i astronomiske termer – og er omgivet af en enorm skive af støv og is. Denne disk, kendt som en protoplanetarisk skive, er hvor planeterne, måner, asteroider og andre astronomiske objekter i form af stjernesystemer.

Stjernen var allerede kendt for at være bemærkelsesværdig, fordi den indeholder den første såkaldte varme Jupiter - en massiv planet, der kredser meget tæt på sin moderstjerne - der er blevet opdaget omkring en så ung stjerne. Selvom varme Jupiters var den første type exoplanet, der blev opdaget, deres eksistens har længe undret astronomer, fordi de ofte menes at være for tæt på deres forældrestjerner til at være dannet in situ.

Nu, et team af forskere ledet af University of Cambridge har brugt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til at søge efter planetariske 'søskende' til dette spædbarns varme Jupiter. Deres billede afslørede tre tydelige huller i disken, hvilken, ifølge deres teoretiske modellering, var højst sandsynligt forårsaget af tre yderligere gasgigantplaneter, der også kredsede om den unge stjerne. Deres resultater er rapporteret i Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Stjernen, CI Tau, er placeret omkring 500 lysår væk i en højproduktiv stjerne-"barneskole"-region i galaksen. Dens fire planeter adskiller sig meget i deres kredsløb:den nærmeste (den varme Jupiter) er inden for det, der svarer til Merkurs kredsløb, mens de længste kredser i en afstand mere end tre gange større end Neptuns. De to ydre planeter er omkring Saturns masse, mens de to indre planeter er henholdsvis omkring en og 10 gange Jupiters masse.

Opdagelsen rejser mange spørgsmål for astronomer. Omkring 1 % af stjernerne er vært for varme Jupiters, men de fleste af de kendte varme Jupitere er hundredvis af gange ældre end CI Tau. "Det er i øjeblikket umuligt at sige, om den ekstreme planetariske arkitektur, der ses i CI Tau, er almindelig i varme Jupiter-systemer, fordi den måde, som disse søskendeplaneter blev opdaget - gennem deres effekt på den protoplanetariske skive - ikke ville fungere i ældre systemer, som ikke længere har en protoplanetarisk skive, " sagde professor Cathie Clarke fra Cambridge's Institute of Astronomy, undersøgelsens første forfatter.

Ifølge forskerne, det er også uklart, om søskendeplaneterne spillede en rolle i at drive den inderste planet ind i dens ultratætte bane, og om dette er en mekanisme, der virker til at lave varme Jupitere generelt. Og et yderligere mysterium er, hvordan de ydre to planeter overhovedet blev dannet.

"Planetdannelsesmodeller har en tendens til at fokusere på at være i stand til at lave de typer planeter, der allerede er observeret, så nye opdagelser passer ikke nødvendigvis til modellerne, " sagde Clarke. "Saturn masseplaneter formodes at dannes ved først at akkumulere en fast kerne og derefter trække et lag gas ovenpå, men disse processer formodes at være meget langsomme i store afstande fra stjernen. De fleste modeller vil kæmpe for at lave planeter af denne masse på denne afstand."

Den kommende opgave vil være at studere dette forvirrende system ved flere bølgelængder for at få flere spor om egenskaberne af skiven og dens planeter. I mellemtiden, ALMA - det første teleskop med evnen til at afbilde planeter under fremstilling - vil sandsynligvis kaste yderligere overraskelser ud i andre systemer, omforme vores billede af, hvordan planetsystemer dannes.