Astronomer foretager den første tydelige påvisning af en månedannende skive omkring en exoplanet

Ved at bruge Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), hvor European Southern Observatory (ESO) er partner, astronomer har utvetydigt opdaget tilstedeværelsen af ​​en disk omkring en planet uden for vores solsystem for første gang. Observationerne vil kaste nyt lys over, hvordan måner og planeter dannes i unge stjernesystemer.

"Vores arbejde præsenterer en klar detektering af en disk, hvori satellitter kunne dannes, " siger Myriam Benisty, en forsker ved universitetet i Grenoble, Frankrig, og på universitetet i Chile, der ledede den nye forskning offentliggjort i dag i The Astrophysical Journal Letters . "Vores ALMA-observationer blev opnået med en så udsøgt opløsning, at vi tydeligt kunne identificere, at disken er forbundet med planeten, og vi er i stand til at begrænse dens størrelse for første gang, " tilføjer hun.

Den pågældende disk, kaldet en cirkumplanetær skive, omgiver exoplaneten PDS 70c, en af ​​to kæmpe, Jupiter-lignende planeter, der kredser om en stjerne næsten 400 lysår væk. Astronomer havde før fundet antydninger af en "månedannende" skive omkring denne exoplanet, men da de ikke klart kunne skelne disken fra dens omgivende miljø, de kunne ikke bekræfte dets påvisning - indtil nu.

Ud over, med hjælp fra ALMA, Benisty og hendes team fandt ud af, at skiven har omtrent samme diameter som afstanden fra vores Sol til Jorden og nok masse til at danne op til tre satellitter på størrelse med Månen.

Men resultaterne er ikke kun nøglen til at finde ud af, hvordan måner opstår. "Disse nye observationer er også ekstremt vigtige for at bevise teorier om planetdannelse, som ikke kunne testes før nu, " siger Jaehan Bae, en forsker fra Earth and Planets Laboratory ved Carnegie Institution for Science, OS., og forfatter til undersøgelsen.

Planeter dannes i støvede skiver omkring unge stjerner, skærer hulrum ud, mens de opsluger materiale fra denne cirkumstellare skive for at vokse. I denne proces, en planet kan erhverve sin egen cirkumplanetære skive, som bidrager til planetens vækst ved at regulere mængden af ​​materiale, der falder ned på den. På samme tid, gassen og støvet i den cirkumplanetære skive kan samles til gradvist større kroppe gennem flere kollisioner, i sidste ende fører til fødslen af ​​måner.

Men astronomer forstår endnu ikke fuldt ud detaljerne i disse processer. "Kort sagt, det er stadig uklart hvornår, hvor, og hvordan planeter og måner dannes, " forklarer ESO-forsker Stefano Facchini, også involveret i forskningen.

"Mere end 4000 exoplaneter er blevet fundet indtil nu, men alle af dem blev opdaget i modne systemer. PDS 70b og PDS 70c, som danner et system, der minder om Jupiter-Saturn-parret, er de eneste to exoplaneter, der er opdaget indtil videre, som stadig er i færd med at blive dannet, " forklarer Miriam Keppler, forsker ved Max Planck Institute for Astronomy i Tyskland og en af ​​medforfatterne til undersøgelsen.

"Dette system giver os derfor en unik mulighed for at observere og studere processerne for planet- og satellitdannelse, " tilføjer Facchini.

PDS 70b og PDS 70c, de to planeter, der udgør systemet, blev først opdaget ved hjælp af ESO's Very Large Telescope (VLT) i henholdsvis 2018 og 2019, og deres unikke natur betyder, at de er blevet observeret med andre teleskoper og instrumenter mange gange siden.

De seneste ALMA-observationer i høj opløsning har nu givet astronomer mulighed for at få yderligere indsigt i systemet. Ud over at bekræfte påvisningen af ​​den cirkumplanetære skive omkring PDS 70c og ​​studere dens størrelse og masse, de fandt ud af, at PDS 70b ikke viser klare beviser for en sådan disk, hvilket indikerer, at det var udsultet af støvmateriale fra dets fødselsmiljø af PDS 70c.

En endnu dybere forståelse af planetsystemet vil blive opnået med ESO's Extremely Large Telescope (ELT), i øjeblikket under opførelse på Cerro Armazones i den chilenske Atacama-ørken. "ELT vil være nøglen til denne forskning, da med sin meget højere opløsning, vi vil være i stand til at kortlægge systemet meget detaljeret, " siger medforfatter Richard Teague, en forsker ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian, U.S.. Især ved at bruge ELT's Mid-infrared ELT Imager og Spectrograph (METIS), holdet vil være i stand til at se på gasbevægelserne omkring PDS 70c for at få et fuldt 3D-billede af systemet.

Denne forskning blev præsenteret i papiret "A Circumplanetary Disk Around PDS 70c" for at blive vist i The Astrophysical Journal Letters .