Hubble ser, hvordan en kæmpe planet vokser

Har du nogensinde lavet et komplet rod i dit køkken, mens du bagte? I nogle øjeblikke kan det se ud som om mel svæver i luften, men når du først har tilføjet masser af vand og dannet din dej, brødet bliver mere som en kugle. En lignende proces er i gang i et fjerntliggende solsystem kendt som PDS 70, bortset fra, at mel og vand er byttet ud med gas og støv. I tilfældet med planet PDS 70b, gas og støv trækkes langsomt ind, mens denne fjerne verden bygger masse over millioner af år.

Forskere, der brugte Hubble, målte direkte massevæksthastigheden af ​​PDS 70b for første gang ved at bruge observatoriets unikke ultraviolette følsomhed til at fange stråling fra ekstrem varm gas, der falder ned på planeten. Den massive, Verden på størrelse med Jupiter kredser omtrent i samme afstand som Uranus gør fra Solen - selvom den slynger sig gennem et rod af gas og støv, mens den bevæger sig gennem solsystemet. Planeten, som begyndte at dannes for omkring 5 millioner år siden, kan være i slutningen af ​​sin dannelsesproces. Forskernes resultater åbner en ny måde at studere dannelse af planeter på, som kan hjælpe andre astronomer, der søger at lære mere om, hvordan gigantiske planeter vokser i fjerntliggende solsystemer.

NASAs Hubble-rumteleskop giver astronomer et sjældent blik på en Jupiter-størrelse, stadig dannende planet, der lever af materiale omkring en ung stjerne.

"Vi ved bare ikke ret meget om, hvordan gigantiske planeter vokser, " sagde Brendan Bowler fra University of Texas i Austin. "Dette planetsystem giver os den første mulighed for at se materiale falde ned på en planet. Vores resultater åbner et nyt område for denne forskning."

Selvom over 4, 000 exoplaneter er blevet katalogiseret indtil videre, kun omkring 15 er blevet direkte afbildet til dato med teleskoper. Og planeterne er så langt væk og små, de er simpelthen prikker på de bedste billeder. Holdets friske teknik til at bruge Hubble til direkte at afbilde denne planet baner en ny rute for yderligere exoplanetforskning, især i en planets formeringsår.

Denne enorme exoplanet, betegnet PDS 70b, kredser om den orange dværgstjerne PDS 70, som allerede er kendt for at have to aktivt dannende planeter inde i en enorm skive af støv og gas, der omkranser stjernen. Systemet er placeret 370 lysår fra Jorden i stjernebilledet Centaurus.

"Dette system er så spændende, fordi vi kan være vidne til dannelsen af ​​en planet, " sagde Yifan Zhou, også fra University of Texas i Austin. "Dette er den yngste bona fide planet, Hubble nogensinde har afbildet direkte." I en ungdommelig 5 millioner år, planeten samler stadig materiale og opbygger masse.

Hubbles ultraviolette lys (UV) følsomhed giver et unikt blik på stråling fra ekstremt varm gas, der falder ned på planeten. "Hubbles observationer gjorde det muligt for os at vurdere, hvor hurtigt planeten tager på i masse, " tilføjede Zhou.

UV-observationer, som tilføjer forskningen om denne planet, gav holdet mulighed for direkte at måle planetens massevæksthastighed for første gang. Den fjerne verden har allerede fyldt op til fem gange Jupiters masse over en periode på omkring 5 millioner år. Den nuværende målte tilvæksthastighed er faldet til det punkt, hvor hvis hastigheden forblev stabil i endnu en million år, planeten ville kun stige med cirka og yderligere 1/100 af en Jupiter-masse.

Zhou og Bowler understreger, at disse observationer er et enkelt øjebliksbillede i tid - der kræves flere data for at bestemme, om den hastighed, hvormed planeten tilføjer masse, stiger eller falder. "Vores målinger tyder på, at planeten er i slutningen af ​​sin dannelsesproces."

Det ungdommelige PDS 70-system er fyldt med en primordial gas-og-støv-skive, der giver brændstof til at fodre væksten af ​​planeter gennem hele systemet. Planeten PDS 70b er omkranset af sin egen gas-og-støv-skive, der suger materiale fra den langt større cirkumstellare skive. Forskerne antager, at magnetfeltlinjer strækker sig fra dens cirkumplanetariske skive ned til exoplanetens atmosfære og er tragter materiale på planetens overflade.

"Hvis dette materiale følger søjler fra skiven til planeten, det ville forårsage lokale hot spots, " Zhou forklarede. "Disse hot spots kunne være mindst 10 gange varmere end temperaturen på planeten." Disse varme pletter blev fundet at gløde voldsomt i UV-lys.

Disse observationer giver indsigt i, hvordan gasgigantiske planeter blev dannet omkring vores sol for 4,6 milliarder år siden. Jupiter kan have samlet sig på en omgivende skive af indfaldende materiale. Dens store måner ville også være dannet af rester i den disk.

En udfordring for holdet var at overvinde moderstjernens genskin. PDS 70b kredser i omtrent samme afstand som Uranus gør fra Solen, men dens stjerne er mere end 3, 000 gange lysere end planeten ved UV-bølgelængder. Mens Zhou behandlede billederne, han fjernede meget forsigtigt stjernens blænding for kun at efterlade lys udsendt af planeten. Derved, han forbedrede grænsen for, hvor tæt en planet kan være på sin stjerne i Hubble-observationer med en faktor fem.

"Enogtredive år efter lanceringen, vi finder stadig nye måder at bruge Hubble på, Bowler tilføjede. "Yifans observationsstrategi og efterbehandlingsteknik vil åbne nye vinduer til at studere lignende systemer, eller endda det samme system, gentagne gange med Hubble. Med fremtidige observationer, vi kunne potentielt opdage, hvornår størstedelen af ​​gassen og støvet falder ned på deres planeter, og om det sker med en konstant hastighed."

Forskernes resultater blev offentliggjort i april 2021 i The Astronomisk Tidsskrift .