Dobbelt støvringtest kunne spotte migrerende planeter

Ny forskning udført af et hold ledet af en astrofysiker ved University of Warwick har en måde til endelig at fortælle, om nydannende planeter migrerer inden for den skive af støv og gas, der typisk omgiver stjerner, eller om de simpelthen forbliver i samme kredsløb omkring stjerne.

At finde reelle beviser for, at en planet migrerer (normalt indad) inden for sådanne skiver ville hjælpe med at løse en række problemer, der er dukket op, efterhånden som astronomer er i stand til at se flere og flere detaljer i protoplanetariske skiver. Det kan især give en simpel forklaring på en række mærkelige mønstre og forstyrrelser, som astronomer begynder at identificere i disse skiver.

Planetmigrering er en proces, som astronomer har kendt teorien om i 40 år, men det er først nu, at de har været i stand til at finde en måde at observere, om den virkelig forekommer. Denne nye forskning fra et hold ledet af University of Warwick, sammen med Cambridge, giver to nye observationssignaturer i det unge solsystems støvringe, der ville være bevis på en migrerende planet. Denne forskning er publiceret i et papir med titlen "Is the ring inside or outside the planet?:The effect of planet migration on dust rings", som vil blive offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Hovedforfatteren, Dr. Farzana Meru fra University of Warwicks Astronomy and Astrophysics Group i Institut for Fysik, på avisen sagde:

"Planetvandring i protoplanetariske skiver spiller en vigtig rolle i den langsigtede udvikling af planetsystemer, men vi har i øjeblikket ingen direkte observationstest for at afgøre, om en planet migrerer i sin gasformige skive. Men den teknologi, der nu er tilgængelig for os i Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), er i stand til at se dybt ind i disse diske, og endda se detaljerede strukturer i diskene, såsom ringe, huller, spiralarme, halvmåner og klumper. ALMA kan også bruge forskellige millimeterfrekvenser til at opsøge koncentrationer af forskellige partikelstørrelser, så vi kan også bruge det til at udforske sammensætningen af ​​individuelle støvringe inde i skiven."

"Vores seneste forskning har fundet en måde at bruge denne nye teknologi til at se, hvad vi tror vil være en klar signatur i disse støvringe, at planeten tættest på dem faktisk migrerer inden for det meget unge solsystem."

University of Warwick ledede forskerhold har konkluderet, at hvis ALMA ser på de to støvringe nærmest en planets kredsløb, vil en simpel måling af den typiske partikelstørrelse i hver ring afsløre svaret.

Hvis ALMA opdager, at den indre støvring (dvs. mellem planetens bane og stjernen) typisk består af mindre partikler, og at den ydre støvring (umiddelbart uden for planetens kredsløb) typisk består af større partikler, så vil det være et klart bevis på, at planeten migrerer inden for systemets protoplanetariske skive. Størrelsen af ​​partiklerne vil variere for hver skive, men i et tilfælde, hvor planeten er placeret 30 astronomiske enheder fra stjernen og er 30 gange Jordens masse, de mindre partikler i den indre ring vil typisk være mindre end en millimeter store, hvorimod dem i den ydre ring ville være lidt over en millimeter.

ALMA vil være i stand til at observere dette, fordi den bølgelængde, den observerer ved, nogenlunde korrelerer med støvpartikelstørrelsen. Dette betyder, at når observatører ser på skiven med ALMA ved stigende bølgelængder, den indvendige støvring forventes at falme, mens den ydre ring ville blive lysere.

Årsagen til dette mønster er todelt. For det første viser forskernes model, at den ydre støvring vil indeholde flere store støvpartikler, fordi de bevæger sig med en højere hastighed (end de mindre partikler) og er hurtige nok til at følge med planeten, når den kredser indad. Dette vil resultere i en ring uden for planetens kredsløb, der for det meste består af store partikler.

For det andet den indre ring består af små partikler, fordi de bevæger sig langsommere indad end planeten. Følgelig er de ude af stand til at komme af vejen for den indadvandrende planet og akkumuleres derfor i en ring lige inden for planeten. Denne gang bevæger det hurtigt bevægende store støv sig hurtigt mod stjernen og efterlader en indre støvring af små partikler.

Forskerholdet vil fortsætte med at simulere, hvordan sådanne ALMA-observationer ville se ud, og astronomer kan nu bruge denne metode i deres egne ALMA-observationer for at lede efter denne to-ring signatur.

Dr. Farzana Meru bemærker dog også, at:"Det kan være tilfældet, at der er ALMA-observationer af protoplanetariske skiver, der allerede har set og registreret denne støvringsignatur, mens de ledte efter andre fænomener. Hvis den samme skive er blevet observeret ved forskellige bølgelængder— muligvis af forskellige hold - så kan en sammenligning af disse observationer allerede være i stand til at bekræfte vores teori."