En ung kæmpeplanet giver spor til dannelsen af ​​eksotiske verdener

I det meste af menneskehedens historie var vores forståelse af, hvordan planeter dannes og udvikler sig, baseret på de otte (eller ni) planeter i vores solsystem. Men i løbet af de sidste 25 år, opdagelsen af ​​mere end 4, 000 exoplaneter, eller planeter uden for vores solsystem, ændret alt det.

Blandt de mest spændende af disse fjerne verdener er en klasse af exoplaneter kaldet varme Jupitere. Ligner i størrelse til Jupiter, disse gasdominerede planeter kredser ekstremt tæt på deres moderstjerner, cirkulere dem på så få som 18 timer. Vi har ikke noget lignende i vores eget solsystem, hvor de nærmeste planeter til Solen er stenede og kredser meget længere væk. Spørgsmålene om varme Jupitere er lige så store som planeterne selv:Opstår de tæt på deres stjerner eller længere væk, før de vandrer indad? Og hvis disse giganter migrerer, hvad ville det afsløre om planeternes historie i vores eget solsystem?

For at besvare disse spørgsmål, videnskabsmænd bliver nødt til at observere mange af disse varme giganter meget tidligt i deres dannelse. Nu, en ny undersøgelse i Astronomisk Tidsskrift rapporter om påvisningen af ​​exoplaneten HIP 67522 b, som ser ud til at være den yngste varme Jupiter nogensinde fundet. Den kredser om en velundersøgt stjerne, der er omkring 17 millioner år gammel, hvilket betyder, at den varme Jupiter sandsynligvis kun er et par millioner år yngre, hvorimod de fleste kendte varme Jupitere er mere end en milliard år gamle. Planeten tager omkring syv dage at kredse om sin stjerne, som har en masse svarende til Solens. Beliggende kun omkring 490 lysår fra Jorden, HIP 67522 b er omkring 10 gange Jordens diameter, eller tæt på Jupiters. Dens størrelse indikerer kraftigt, at det er en gasdomineret planet.

HIP 67522 b blev identificeret som en planetkandidat af NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som registrerer planeter via transitmetoden:Forskere leder efter små dyk i en stjernes lysstyrke, indikerer, at en planet i kredsløb har passeret mellem observatøren og stjernen. Men unge stjerner har en tendens til at have mange mørke pletter på deres overflader - stjernepletter, kaldes også solpletter, når de optræder på Solen - der kan ligne transitplaneter. Så videnskabsmænd brugte data fra NASAs nyligt pensionerede infrarøde observatorium, Spitzer-rumteleskopet, for at bekræfte, at transitsignalet var fra en planet og ikke en stjernespot. (Andre metoder til påvisning af exoplaneter har givet hints om tilstedeværelsen af ​​endnu yngre varme Jupitere, men ingen er blevet bekræftet.)

Opdagelsen giver håb om at finde flere unge varme Jupitere og lære mere om, hvordan planeter dannes i hele universet - selv lige her hjemme.

"Vi kan lære meget om vores solsystem og dets historie ved at studere planeterne og andre ting, der kredser om Solen, " sagde Aaron Rizzutto, en exoplanetforsker ved University of Texas i Austin, der ledede undersøgelsen. "Men vi vil aldrig vide, hvor unikt eller hvor almindeligt vores solsystem er, medmindre vi er derude på udkig efter exoplaneter. Exoplanetforskere er ved at finde ud af, hvordan vores solsystem passer ind i det større billede af planetdannelsen i universet."

Migrerende kæmper?

Der er tre hovedhypoteser for, hvordan varme Jupiters kommer så tæt på deres moderstjerner. Den ene er, at de simpelthen dannes der og bliver siddende. Men det er svært at forestille sig, at planeter dannes i et så intenst miljø. Ikke alene ville den brændende varme fordampe de fleste materialer, men unge stjerner bryder ofte ud med massive eksplosioner og stjernevinde, potentielt sprede nye planeter.

Det virker mere sandsynligt, at gasgiganter udvikler sig længere fra deres moderstjerne, forbi en grænse kaldet snegrænsen, hvor det er køligt nok til, at der kan dannes is og andre faste materialer. Jupiter-lignende planeter består næsten udelukkende af gas, men de indeholder faste kerner. Det ville være lettere for disse kerner at danne sig forbi snegrænsen, hvor frosne materialer kunne hænge sammen som en voksende snebold.

De to andre hypoteser antager, at dette er tilfældet, og at varme Jupiters så vandrer mod tættere på deres stjerner. Men hvad ville årsagen og tidspunktet for migrationen være?

En idé hævder, at varme Jupitere begynder deres rejse tidligt i planetsystemets historie, mens stjernen stadig er omgivet af den skive af gas og støv, som både den og planeten er dannet af. I dette scenarie, tyngdekraften af ​​skiven, der interagerer med planetens masse, kan afbryde gasgigantens kredsløb og få den til at migrere indad.

Den tredje hypotese hævder, at varme Jupiters kommer tæt på deres stjerne senere, når andre planeters tyngdekraft omkring stjernen kan drive migrationen. Det faktum, at HIP 67522 b allerede er så tæt på sin stjerne så tidligt efter dens dannelse, indikerer, at denne tredje hypotese sandsynligvis ikke gælder i dette tilfælde. Men én ung, varm Jupiter er ikke nok til at afgøre debatten om, hvordan de alle former sig.

"Forskere vil gerne vide, om der er en dominerende mekanisme, der danner de fleste varme Jupitere, " sagde Yasuhiro Hasegawa, en astrofysiker med speciale i planetdannelse ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, som ikke var involveret i undersøgelsen. "I samfundet er der lige nu ingen klar konsensus om, hvilken dannelseshypotese der er vigtigst for at reproducere den befolkning, vi har observeret. Opdagelsen af ​​denne unge varme Jupiter er spændende, men det er kun et hint om svaret. For at løse mysteriet, vi får brug for mere."

TESS er en NASA Astrophysics Explorer-mission ledet og drevet af MIT i Cambridge, Massachusetts, og administreres af NASAs Goddard Space Flight Center. Yderligere partnere omfatter Northrop Grumman, baseret i Falls Church, Virginia; NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts; MIT's Lincoln Laboratory; og Space Telescope Science Institute i Baltimore. Mere end et dusin universiteter, forskningsinstitutter og observatorier verden over deltager i missionen.