Galaksin meidän muiden planeettojen metsästys on lämmennyt viime vuosikymmeninä. 3869 planeettaa on havaittu 2886 järjestelmässä ja vielä 2 898 ehdokasta odottavat vahvistusta. Vaikka näiden planeettojen löytö on opettanut tutkijoille paljon sellaisista planeetoista, joita on galaksissamme, planeettojen muodostumisprosessista ei ole vielä paljon tietoa.
Näihin kysymyksiin vastaamiseksi kansainvälinen joukkue käytti äskettäin Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) -tapahtumaa suorittamaan ensimmäisen suuren mittakaavan, korkearesoluutioisen tutkimuksen protoplanetaarisista levyistä lähellä olevien tähtijen ympärillä. Tämä ohjelma, joka tunnetaan nimellä Levyn alarakenteet korkean kulman erottelukykyprojektissa (DSHARP), tuotti korkearesoluutioisia kuvia 20 läheisestä järjestelmästä, joissa pöly ja kaasu olivat muodostumassa uusia planeettoja.
Heidän tuloksensa jaettiin kymmeneen asiakirjaan, jotka on tarkoitus julkaista vuoden 2001 erityisnumerossa The Astrophysical Journal Letters. Asiasta vastaavaan ryhmään kuuluivat jäsenet Harvard Smithsonian Astrophysics Centeristä (CfA), yhteisestä ALMA-observatoriosta ja useista observatorioista, tutkimuslaitoksista ja yliopistoista.
Kummassakin tapauksessa DSHARP-tutkijat havaitsivat levyssä aukkoja, jotka olivat kaukana keskustähdestä ja näyttivät rajaavan levyn sisä- ja ulkoosat. Tuloksena olevat renkaat myös pakattiin tiheästi tai muodostettiin ohuemmiksi nauhoiksi niiden etäisyydestä tähdestä. He osoittivat, että nämä kuviot saattoivat olla seurausta näkymättömästä planeettaparista, joka häiritsee levyä.
Toinen mahdollisuus on, että levyrakenteet ovat alttiina globaalille epävakaudelle, joka on samanlainen kuin spiraaligalakseissa (kuten Linnunrata). Tutkijoiden mukaan kaikkein vakuuttavin selitys on, että suuret planeetat (kuten kaasujättelijät) muodostuivat pääasiassa levyjen ulkopinnoille, mikä osoittaisi, että planeetan muodostuminen tapahtuu paljon nopeammin kuin nykyiset teoriat planeetan muodostumisesta sallivat.
Tämä mahdollinen selitys auttaisi myös selittämään, kuinka lähempänä tähtiään olevat maanpäälliset planeetat (ts. Kiviset ja samankaltaiset kuin Maapallon) kykenevät selviytymään muodostumisensa varhaisvaiheista. Sean Andrews, Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksen (CfA) tähtitieteilijä ja yksi ALMA: n tarkkailukampanjan johtajista *, selitti näiden havaintojen merkityksen NRAO: n lehdistötiedotteessa:
”Tämän kuukausia kestävän tarkkailukampanjan tavoitteena oli etsiä protoplanetaaristen levyjen rakenteellisia yhteisiä piirteitä ja eroja. ALMA: n erittäin terävä visio on paljastanut aiemmin näkymättömät rakenteet ja odottamattoman monimutkaiset kuviot. Näemme erillisiä yksityiskohtia laajan valikoiman eri massojen nuoria tähtiä. Näiden erittäin monimuotoisten, pienimuotoisten ominaisuuksien vakuuttavin tulkinta on, että levyllä on vuorovaikutuksessa näkymättömiä planeettoja. "
Maapallon muodostumisen johtavien mallien mukaan planeettoja syntyy asteittaisen pölyn ja kaasun kerääntyessä protoplanetaariselle levylle. Tämä alkaa pölyjyvistä, jotka yhdistyvät yhä suurempien kivien muodostamiseksi, kunnes asteroideja, lentokoneita ja planeettoja syntyy. Tämän prosessin uskotaan vievän miljoonia vuosia, mikä tarkoittaa, että vanhempien järjestelmien protoplanetaariset levyt vaikuttaisivat paremmin näkyvyyteen.
ALMAn tekemät varhaiset havainnot kuitenkin osoittivat, että monilla nuorilla protoplanetaarisilla levyillä oli selkeästi määritellyt rakenteet, kuten renkaat ja raot. Nämä piirteet liittyvät tyypillisesti planeettojen läsnäoloon, ja niitä löytyi jopa muutamasta järjestelmästä, jotka olivat vain miljoona vuotta vanhoja. Kuten CfA: n jatko-opiskelija ja tutkimusryhmän jäsen Jane Huang selitti:
”Oli yllättävää nähdä mahdolliset allekirjoitukset planeetan muodostumisesta ensimmäisissä korkearesoluutioisissa nuorten levyjen kuvissa. Oli tärkeää selvittää, olivatko nämä poikkeavuuksia vai olivatko nämä allekirjoitukset yleisiä levyillä. "
Koska varhainen näytejoukko oli niin pieni, DSHARP-kampanja asennettiin tarkkailemaan muita protoplanetaarisia levyjä vertailun vuoksi. Koska pölyhiukkasten tiedetään hehkuvan millimetrin aallonpituudella, kampanjaryhmä pystyi käyttämään ALMA-taulukkoa pölyhihnan tiheyden jakautumisen tarkkaan nuorten tähtijärjestelmien ympärillä ja (tähden etäisyydestä riippuen) piirtämään ominaisuuksia kuten pieni kuin muutama tähtitieteellinen yksikkö.
Loppujen lopuksi tutkimusryhmä havaitsi, että monet alirakenteista (ts. Samankeskiset raot ja kapeat renkaat) olivat yhteisiä melkein kaikille levyille, kun taas suuren mittakaavan spiraalikuviot ja kaarimaiset piirteet olivat harvinaisempia. He havaitsivat myös, että levyt ja raot olivat läsnä monella etäisyydellä isäntätähteistään - muutamasta AU: sta yli sataan.
Kuten todettiin, nämä havainnot voivat auttaa ratkaisemaan pysyvän mysteerin, kun on kyse planeetan muodostumisen teorioista. Erityisesti tähtitieteilijät ovat pohtineet, miten planeetat voisivat muodostua, kun sileän protoplanetaarisen levyn dynamiikka aiheuttaisi minkä tahansa halkaisijaltaan yli senttimetrin kehon putoamisen isäntähtiinsä. Näissä olosuhteissa asteroidia suurempia kivisiä esineitä ei pitäisi olla olemassa.
Pohjimmiltaan tiivit pölyrenkaat, joita joukkue havaitsi, aiheuttaisi häiriöitä levylle, mikä voisi luoda vyöhykkeitä, joissa planeesimäärät olisivat turvallisia ja joilla olisi tarvittava aika kasvaa planeetoiksi. Kuten Chilen yliopiston tutkija ja tutkimusryhmän jäsen Laura Perez totesi:
”Kun ALMA todella paljasti kykynsä kuvauksellisella HL Tau -kuvallaan, meidän piti miettiä, oliko se poikkeuksellista, koska levy oli suhteellisen massiivinen ja nuori. Nämä viimeisimmät havainnot osoittavat, että vaikka HL Tau on silmiinpistävää, se ei ole kaikkea epätavallista ja voi tosiasiallisesti edustaa planeettojen normaalia kehitystä nuorten tähtien ympärillä. "
Tämä tutkimus esittelee huippuluokan instrumenttien ja tieteellisen yhteistyön valtaa nykyään. Ansiosta, että kyetään näkemään enemmän ja kauempana, tutkijat pystyvät testaamaan tähtitieteellisiä teorioita kuin koskaan ennen. Ja prosessissa vahvistetaan ja kyseenalaistetaan perusteellisimmat käsityksemme siitä, kuinka maailmankaikkeus syntyi.
Nauti varmasti tästä animaatiosta siitä, miltä protoplanetaarinen levy näyttää, NRAO Outreach -ohjelman kohdalla:
* Muut ALMA: n tarkkailukampanjan johtajat ovat Andrea Isella Rice Universitystä, Laura Pérez Chilen yliopistosta ja Cornelis Dullemond Heidelbergin yliopistosta.
