Pas på kløften:Forskere bruger stjernemasse til at forbinde exoplaneter med planetdannende skiver

Ved at bruge data for mere end 500 unge stjerner observeret med Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), videnskabsmænd har afsløret en direkte forbindelse mellem protoplanetariske skivestrukturer - de planetdannende skiver, der omgiver stjerner - og planetdemografi. Undersøgelsen beviser, at stjerner med højere masse er mere tilbøjelige til at være omgivet af skiver med "huller" i dem, og at disse huller direkte korrelerer med den høje forekomst af observerede gigantiske exoplaneter omkring sådanne stjerner. Disse resultater giver forskerne et vindue tilbage gennem tiden, giver dem mulighed for at forudsige, hvordan exoplanetariske systemer så ud gennem hvert trin i deres dannelse.

"Vi fandt en stærk sammenhæng mellem huller i protoplanetariske skiver og stjernemasse, som kan kædes sammen med tilstedeværelsen af ​​store, gasformige exoplaneter, sagde Nienke van der Marel, en Banting-stipendiat ved Institut for Fysik og Astronomi ved University of Victoria i British Columbia, og den primære forfatter til forskningen. "Stjerner med højere masse har relativt flere skiver med mellemrum end stjerner med lavere masse, i overensstemmelse med de allerede kendte korrelationer i exoplaneter, hvor stjerner med højere masse oftere er vært for gasgigantiske exoplaneter. Disse korrelationer fortæller os direkte, at huller i planetdannende skiver højst sandsynligt er forårsaget af gigantiske planeter med Neptuns masse og derover."

Huller i protoplanetariske skiver er længe blevet betragtet som et overordnet bevis på planetdannelse. Imidlertid, der har været en vis skepsis på grund af den observerede baneafstand mellem exoplaneter og deres stjerner. "En af de primære årsager til, at videnskabsmænd har været skeptiske over for sammenhængen mellem huller og planeter før, er, at exoplaneter i brede baner af snesevis af astronomiske enheder er sjældne. exoplaneter i mindre baner, mellem en og ti astronomiske enheder, er meget mere almindelige, sagde Gijs Mulders, assisterende professor i astronomi ved Universidad Adolfo Ibáñez i Santiago, Chile, og medforfatter på forskningen. "Vi tror på, at planeter, der rydder hullerne, vil migrere indad senere."

Den nye undersøgelse er den første, der viser, at antallet af mellemrumsskiver i disse områder matcher antallet af gigantiske exoplaneter i et stjernesystem. "Tidligere undersøgelser indikerede, at der var mange flere mellemrumsskiver end opdagede gigantiske exoplaneter, " sagde Mulders. "Vores undersøgelse viser, at der er nok exoplaneter til at forklare den observerede frekvens af de gabende skiver ved forskellige stjernemasser."

Korrelationen gælder også for stjernesystemer med lavmassestjerner, hvor videnskabsmænd er mere tilbøjelige til at finde massive stenede exoplaneter, også kendt som Super-Earths. Van der Marel, som bliver adjunkt ved Leiden University i Holland fra september 2021 sagde, "Stjerner med lavere masse har mere stenede superjorder - mellem en jordmasse og en masse af Neptun. Skiver uden mellemrum, som er mere kompakte, føre til dannelsen af ​​Super-Earths."

Denne forbindelse mellem stjernernes masse og planetarisk demografi kan hjælpe videnskabsmænd med at identificere, hvilke stjerner de skal målrette mod i deres søgen efter klippeplaneter i hele Mælkevejen. "Denne nye forståelse af stjernemasseafhængigheder vil hjælpe med at guide søgen efter små, klippeplaneter som Jorden i solområdet, sagde Mulders, som også er en del af det NASA-finansierede Alien Earths-team. "Vi kan bruge stjernemassen til at forbinde de planetdannende skiver omkring unge stjerner med exoplaneter omkring modne stjerner. Når en exoplanet detekteres, det planetdannende materiale er normalt væk. Så stjernemassen er et 'mærke', der fortæller os, hvordan det planetdannende miljø kunne have set ud for disse exoplaneter."

Og hvad det hele handler om er støv. "Et vigtigt element i planetdannelsen er indflydelsen af ​​støvudvikling, " sagde van der Marel. "Uden kæmpe planeter, støv vil altid drive indad, skabe de optimale betingelser for dannelsen af ​​mindre, klippeplaneter tæt på stjernen."

Den nuværende forskning blev udført ved hjælp af data for mere end 500 objekter observeret i tidligere undersøgelser ved brug af ALMAs højopløselige Band 6- og Band 7-antenner. På nuværende tidspunkt ALMA er det eneste teleskop, der kan afbilde fordelingen af ​​millimeterstøv ved høj nok vinkelopløsning til at løse støvskiverne og afsløre dens understruktur, eller mangel på samme. "I løbet af de sidste fem år, ALMA har lavet mange øjebliksbilleder af nærliggende stjernedannende områder, hvilket resulterer i hundredvis af målinger af skivestøvmasse, størrelse, og morfologi, " sagde van der Marel. "Det store antal observerede diskegenskaber har gjort det muligt for os at foretage en statistisk sammenligning af protoplanetariske diske med de tusindvis af opdagede exoplaneter. Det er første gang, at en stjernemasseafhængighed af mellemrumsdiske og kompakte diske med succes er blevet demonstreret ved hjælp af ALMA-teleskopet."

"Vores nye resultater forbinder de smukke spaltestrukturer i diske observeret med ALMA direkte med egenskaberne af de tusindvis af exoplaneter, der er opdaget af NASA Kepler-missionen og andre exoplanetundersøgelser, " sagde Mulders. "Exoplaneter og deres dannelse hjælper os med at placere Jordens og Solsystemets oprindelse i sammenhæng med det, vi ser ske omkring andre stjerner."