De mærkelige baner af Tatooine planetskiver

Astronomer, der bruger Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har fundet slående orbitale geometrier i protoplanetariske skiver omkring binære stjerner. Mens diske, der kredser om de mest kompakte binære stjernesystemer, deler næsten det samme plan, diske, der omkranser brede binære filer, har kredsløbsplaner, der er stærkt skråtstillede. Disse systemer kan lære os om planetdannelse i komplekse miljøer.

I de sidste to årtier, tusindvis af planeter er blevet fundet i kredsløb om andre stjerner end vores sol. Nogle af disse planeter kredser om to stjerner, ligesom Luke Skywalkers hjem Tatooine. Planeter er født i protoplanetariske skiver - vi har nu vidunderlige observationer af disse takket være ALMA - men de fleste af de diske, der hidtil er studeret, kredser om enkelte stjerner. 'Tatooine' exoplaneter dannes i skiver omkring binære stjerner, såkaldte cirkumbinære diske.

At studere fødesteder for 'Tatooine'-planeter giver en unik mulighed for at lære om, hvordan planeter dannes i forskellige miljøer. Astronomer ved allerede, at binære stjerners kredsløb kan fordreje og vippe skiven omkring dem, hvilket resulterer i, at en cirkumbinær skive er forkert justeret i forhold til dens værtsstjernes orbitalplan. For eksempel, i en undersøgelse fra 2019 ledet af Grant Kennedy fra University of Warwick, Storbritannien, ALMA fandt en slående cirkumbinær skive i en polær konfiguration.

"Med vores undersøgelse, vi ønskede at lære mere om de typiske geometrier af cirkumbinære diske, " sagde astronom Ian Czekala fra University of California i Berkeley. Czekala og hans team brugte ALMA-data til at bestemme graden af ​​justering af nitten protoplanetariske diske omkring binære stjerner. "ALMA-data med høj opløsning var afgørende for at studere nogle af de mindste og svageste cirkumbinære diske endnu, " sagde Czekala.

Astronomerne sammenlignede ALMA-dataene fra de cirkumbinære skiver med de dusin 'Tatooine'-planeter, der er blevet fundet med Kepler-rumteleskopet. Til deres overraskelse, holdet fandt, at graden, i hvilken binære stjerner og deres cirkumbinære skiver er forkert justeret, er stærkt afhængig af værtsstjernernes omløbsperiode. Jo kortere omløbsperiode for dobbeltstjernen, jo mere sandsynligt er det at være vært for en disk på linje med dens kredsløb. Imidlertid, binære filer med perioder længere end en måned hoster typisk fejljusterede diske.

"Vi ser et tydeligt overlap mellem de små diske, kredsende kompakte binære filer, og de cirkumbinære planeter fundet med Kepler-missionen, " sagde Czekala. Fordi den primære Kepler-mission varede 4 år, astronomer var kun i stand til at opdage planeter omkring binære stjerner, der kredser om hinanden på mindre end 40 dage. Og alle disse planeter var på linje med deres værtsstjernebaner. Et dvælende mysterium var, om der kunne være mange skæve planeter, som Kepler ville have svært ved at finde. "Med vores undersøgelse, vi ved nu, at der sandsynligvis ikke er en stor befolkning af skæve planeter, som Kepler gik glip af, da cirkumbinære skiver omkring stramme binære stjerner også typisk er på linje med deres stjerneværter, " tilføjede Czekala.

Stadig, baseret på dette fund, astronomerne konkluderer, at fejljusterede planeter omkring brede dobbeltstjerner burde være derude, og at det ville være en spændende befolkning at søge efter med andre metoder til at finde exoplaneter som direkte billeddannelse og mikrolinse. (NASAs Kepler-mission brugte transitmetoden, hvilket er en af ​​måderne at finde en planet på.)

Czekala ønsker nu at finde ud af, hvorfor der er så stærk en sammenhæng mellem diskens (fejl)justering og den binære stjerneomløbsperiode. "Vi ønsker at bruge eksisterende og kommende faciliteter som ALMA og den næste generation af Very Large Array til at studere diskstrukturer på udsøgte niveauer af præcision, " han sagde, "og prøv at forstå, hvordan skæve eller vippede skiver påvirker planetdannelsesmiljøet, og hvordan dette kan påvirke populationen af ​​planeter, der dannes i disse skiver."

"Denne forskning er et godt eksempel på, hvordan nye opdagelser bygger på tidligere observationer, " sagde Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer for NRAO og ALMA. "Kræsne tendenser i den cirkumbinære diskpopulation blev kun muliggjort ved at bygge videre på grundlaget for arkivobservationsprogrammer gennemført af ALMA-samfundet i tidligere cyklusser."