Hubble fastholder en mærkelig exoplanet med fjerntliggende kredsløb, der opfører sig som den længe søgte Planet Nine

En planet i et usandsynligt kredsløb omkring en dobbeltstjerne 336 lysår væk kan give et fingerpeg om et mysterium meget tættere på hjemmet:En hypotese, fjernt legeme i vores solsystem kaldet "Planet Nine".

Det er første gang, at astronomer har været i stand til at måle bevægelsen af ​​en massiv Jupiter-lignende planet, der kredser meget langt væk fra dens værtsstjerner og synlige affaldsskive. Denne disk ligner vores Kuiperbælt af små, iskolde kroppe hinsides Neptun. I vores eget solsystem, den formodede Planet Nine ville også ligge langt uden for Kuiperbæltet på en tilsvarende mærkelig bane. Selvom jagten på en planet ni fortsætter, denne exoplanetopdagelse er bevis på, at sådanne mærkelige baner er mulige.

"Dette system tegner en potentielt unik sammenligning med vores solsystem, " forklarede avisens hovedforfatter, Meiji Nguyen fra University of California, Berkeley. "Den er meget vidt adskilt fra sine værtsstjerner på en excentrisk og meget forkert justeret bane, ligesom forudsigelsen for Planet Nine. Dette rejser spørgsmålet om, hvordan disse planeter dannedes og udviklede sig til at ende i deres nuværende konfiguration."

Systemet, hvor denne gasgigant holder til, er kun 15 millioner år gammelt. Dette tyder på, at vores Planet Ni - hvis den eksisterer - kunne være dannet meget tidligt i udviklingen af ​​vores 4,6 milliarder år gamle solsystem.

En ekstrem bane

Den 11-Jupiter-masse exoplanet kaldet HD 106906 b blev opdaget i 2013 med Magellan-teleskoperne ved Las Campanas-observatoriet i Atacama-ørkenen i Chile. Imidlertid, astronomerne vidste ikke noget om planetens kredsløb. Dette krævede noget, som kun Hubble-rumteleskopet kunne:Indsamle meget nøjagtige målinger af vagabondens bevægelse over 14 år med ekstraordinær præcision. Holdet brugte data fra Hubble-arkivet, der gav bevis for denne bevægelse.

Exoplaneten befinder sig ekstremt langt fra sit værtspar af lyse, unge stjerner - mere end 730 gange Jordens afstand fra Solen, eller næsten 6,8 milliarder miles. Denne brede adskillelse gjorde det enormt udfordrende at bestemme de 15, 000 år lang bane i så relativt kort tid af Hubble-observationer. Planeten kryber meget langsomt langs sin bane, givet dens meget fjerne moderstjerners svage tyngdekraft.

Hubble-holdet var overrasket over at opdage, at den fjerntliggende verden har en ekstrem bane, der er meget forkert justeret, aflang og ekstern i forhold til affaldsskiven, der omgiver exoplanetens tvillingeværtsstjerner. Selve affaldsskiven ser meget usædvanligt ud, måske på grund af tyngdekraften fra den egensindige planet.

Hvordan kom den dertil?

Så hvordan ankom exoplaneten til en så fjern og underligt skrå bane? Den fremherskende teori er, at den dannede sig meget tættere på sine stjerner, omkring tre gange afstanden Jorden er fra Solen. Men træk i systemets gasskive fik planetens kredsløb til at henfalde, tvinger den til at migrere indad mod sit stjernepar. Gravitationseffekterne fra de hvirvlende tvillingestjerner sparkede den derefter ud på en excentrisk bane, der næsten smed den ud af systemet og ind i det interstellare rums tomrum. Så stabiliserede en forbipasserende stjerne uden for systemet exoplanetens kredsløb og forhindrede den i at forlade sit hjemmesystem.

Ved at bruge præcise afstands- og bevægelsesmålinger fra Den Europæiske Rumorganisations Gaia-undersøgelsessatellit, kandidat forbipasserende stjerner blev identificeret i 2019 af teammedlemmer Robert De Rosa fra European Southern Observatory i Santiago, Chile, og Paul Kalas fra University of California.

En rodet disk

I en undersøgelse offentliggjort i 2015, Kalas ledede et hold, der fandt indicier for den løbske planets adfærd:Systemets affaldsskive er stærkt asymmetrisk, snarere end at være en cirkulær "pizza pie" distribution af materiale. Den ene side af disken er afkortet i forhold til den modsatte side, og det er også forstyrret lodret i stedet for at være begrænset til et smalt plan som set på den modsatte side af stjernerne.

"Idéen er, at hver gang planeten kommer tættest på den dobbelte stjerne, det rører materialet op i skiven, " forklarer De Rosa. "Så hver gang planeten kommer igennem, den afkorter skiven og skubber den op på den ene side. Dette scenarie er blevet testet med simuleringer af dette system med planeten på en lignende bane - det var før vi vidste, hvad planetens bane var."

"Det er som at ankomme til et biluheld, og du prøver at rekonstruere, hvad der skete, " forklarede Kalas. "Er det forbipasserende stjerner, der forstyrrede planeten, så planeten forstyrrede disken? Er det den binære i midten, der først forstyrrede planeten, og så forstyrrede det disken? Eller forstyrrede forbipasserende stjerner både planeten og disken på samme tid? Dette er astronomi-detektivarbejde, ved at samle de beviser, vi har brug for at komme med nogle plausible historier om, hvad der skete her."

En Planet Nine proxy?

Dette scenarie for HD 106906 b's bizarre kredsløb ligner på nogle måder det, der kan have fået den hypotetiske Planet Ni til at ende i vores eget solsystems yderområder, langt ud over de andre planeters kredsløb og ud over Kuiperbæltet. Planet Nine kunne være dannet i det indre solsystem og blevet smidt ud af interaktioner med Jupiter. Imidlertid, Jupiter - den velkendte 800-punds gorilla i vores solsystem - ville højst sandsynligt have slynget Planet Nine langt ud over Pluto. Passerende stjerner kan have stabiliseret kredsløbet om den udsparkede planet ved at skubbe kredsløbsbanen væk fra Jupiter og de andre planeter i det indre solsystem.

"Det er, som om vi har en tidsmaskine til vores eget planetsystem, der går 4,6 milliarder år tilbage for at se, hvad der kan være sket, da vores unge solsystem var dynamisk aktivt, og alt blev slynget rundt og omarrangeret, " sagde Kalas.

Til dato, astronomer har kun indicier for Planet Ni. De har fundet en klynge af små himmellegemer ud over Neptun, der bevæger sig i usædvanlige baner sammenlignet med resten af ​​solsystemet. Denne konfiguration, nogle astronomer siger, antyder, at disse objekter blev hyrdet sammen af ​​tyngdekraften fra en enorm, usynlig planet. En alternativ teori er, at der ikke er én kæmpe foruroligende planet, men i stedet skyldes ubalancen den kombinerede gravitationspåvirkning af flere, much smaller objects. Another theory is that Planet Nine does not exist at all and the clustering of smaller bodies may be just a statistical anomaly.

A target for the Webb Telescope

Scientists using NASA's upcoming James Webb Space Telescope plan to get data on HD 106906 b to understand the planet in detail. "One question you could ask is:Does the planet have its own debris system around it? Does it capture material every time it goes close to the host stars? And you'd be able to measure that with the thermal infrared data from Webb, " said De Rosa. "Also, in terms of helping to understand the orbit, I think Webb would be useful for helping to confirm our result."

Because Webb is sensitive to smaller, Saturn-mass planets, it may be able to detect other exoplanets that have been ejected from this and other inner planetary systems. "Med Webb, we can start to look for planets that are both a little bit older and a little bit fainter, " explained Nguyen. The unique sensitivity and imaging capabilities of Webb will open up new possibilities for detecting and studying these unconventional planets and systems.

The team's findings appear in the December 10, 2020, edition of  Det astronomiske tidsskrift .