Maunakea-observatorier kaster nyt lys over tilsløret spædbarns solsystem

Astronomer, der bruger den kombinerede kraft af to Hawaii-teleskoper, har taget banebrydende, skarpe nye billeder af et fjernt planetsystem, der sandsynligvis ligner en babyversion af vores solsystem.

Ved hjælp af Subaru Telescope og W. M. Keck Observatory, holdet indhentede og analyserede data for en spædbarns sollignende stjerne ved navn LkCa 15. Tidligere undersøgelser, der brugte en avanceret interferometrimetode, havde udledt, at tre spædbarnsplaneter kredsede om denne stjerne. Imidlertid, for denne metode, at bestemme præcist, hvor meget lys der kommer fra en planet i forhold til andre kilder som en disk kan være særligt vanskeligt. Nye Subaru og Keck Observatory data ser ud til at løse dette mysterium; det meste af det lys, der menes at komme fra de tre kandidatplaneter, ser ud til at stamme fra en skive af gas og støv.

"LkCa 15 er et meget komplekst system, " sagde Thayne Currie, hovedforfatter af undersøgelsen og astrofysiker ved NASA-Ames Research Center og Subaru Telescope. "Før vi analyserer vores Keck &Subaru-data og givet de samme tidligere blændemaskeringsdata, vi ville også have konkluderet, at LkCa 15 har tre detekterede superjovianske planeter."

Holdets resultater vil snart blive offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters .

LkCa 15 er omgivet af en massiv protoplanetarisk skive lavet af gas og støv, som er planeternes byggesten. Tidlig analyse af denne disk viste, at den har et stort hulrum, der er udtømt for støv - et tegn på, at meget af diskmaterialet allerede er blevet inkorporeret i massive, udvikling af planetariske embryoner, eller "protoplaneter". Mens undersøgelsen udelukker meget lyse superjovianske planeter, Currie siger, at det er sandsynligt, at svagere, mindre massive planeter kan være i LkCa 15-systemet:måske dem som Jupiter og Saturn.

"Planeterne i dette spædbarns solsystem kunne faktisk ligne meget mere vores eget solsystem end tidligere antaget. De er bestemt der et sted, muligvis indlejret i disken. Vi vil blive ved med at prøve at finde dem, " sagde Currie.

Metodik

Resultaterne blev lavet ved hjælp af billeder i høj opløsning af LkCa 15-systemet opnået fra komplementære instrumenter på Maunakea. Hos Subaru, forskere brugte et nyt banebrydende planetbilledinstrument - Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO)-systemet koblet til CHARIS integrale feltspektrograf for at opnå ekstremt skarpe billeder ved nær-infrarøde bølgelængder. Holdet brugte også Keck Observatorys kraftfulde adaptive optiksystem og Near-Infrared Camera (NIRC2) til at opnå nye skarpe billeder på længere tid, termisk-infrarøde bølgelængder, hvor unge planeter udsender mere lys.

Holdet opnåede også et 'før-og-efter'-billede af systemet ved at få adgang til Keck Observatory Archive (KOA) for at finde NIRC2-data taget for LkCa 15 fra 2009 – over otte år før de seneste SCExAO/CHARIS- og NIRC2-billeder. KOA er et offentligt tilgængeligt lager af alle de højværdidata, der er opnået ved Observatoriet og drives af Keck Observatory i samarbejde med NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) ved Caltech.

De kombinerede data viste, at det meste af lyset omkring LkCa 15 stammer fra en udvidet bue-lignende struktur - den synlige kant af en anden komponent af LkCa 15's disk. Denne bue har den samme lysstyrke, som tidligere blev tilskrevet planeter omkring LkCa 15.

De næsten ti år gamle KOA-data for LkCa 15 spiller en unik rolle i forståelsen af ​​dette planetariske system. Sammenlignet med nye data fra Keck Observatory og Subaru Telescope, KOA-dataene viste også, at lys udsendt fra LkCa 15's buelignende struktur er statisk i løbet af otte år.

"Dette er i overensstemmelse med en fast, disk-lignende struktur. Uden KOA, vi ville ikke have været i stand til at kende dette centrale faktum, " sagde Currie.

"Det er fantastisk at se disse nye data fra Keck og Subaru kombineret med data fra KOA, " sagde John O'Meara, chefforsker ved Keck Observatory. "Dette resultat viser vigtigheden af ​​KOA, og er en fantastisk demonstration af, hvordan nye opdagelser kan gøres med 'gamle' data."

Næste skridt

Holdet vil fortsætte sin søgen efter protoplaneter i LkCa 15, da det i vid udstrækning betragtes som et fremragende laboratorium til at studere planetdannelse. Selvom det vil være en udfordring at finde disse skjulte planeter og adskille deres lys fra LkCa 15's disk. der er en klar vej frem.

For nylig, Keck Observatory har væsentligt forbedret planetbilleddannelsesevnen i NIRC2 som en del af Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC)-projektet. Systemet blev udstyret med et nyt kamera for bedre at skærpe billeder af rødt, svag, fjerne stjerner som LkCa 15 og coronagraphs for bedre at blokere stjernelysets skær, der forhindrer os i let at se planeter.

Tilsvarende SCExAO bliver også yderligere opgraderet med yderligere kameraer for bedre at identificere svagere planeter tæt på deres stjerner. Disse forbedringer kunne gøre det muligt for KPIC og SCExAO at se svage Jupiter-lignende planeter på Saturn-lignende baner, der bevæger sig mod baggrunden af ​​LkCa 15's disk.

Længere i fremtiden, en efterfølger til SCExAO og KPIC på det kommende Thirty Meter Telescope på Maunakea - Planetary Systems Imager - kunne afbilde og karakterisere endnu lavere masse, svagere planeter omkring LkCa 15 på Mars-til-Jupiter-lignende baner.

Avancerede planet-afbildningsinstrumenter som SCExAO og KPIC "åbner døren til en bedre forståelse af oprindelsen og udviklingen af ​​planetsystemer, og om vores eget solsystems historie er almindelig eller sjælden, " sagde Motohide Tamura, direktøren for Astrobiology Center of National Institutes of Natural Sciences i Japan og medforfatter af denne undersøgelse.