Tähtitieteilijät ovat löytäneet ensimmäistä kertaa kuut, jotka muodostuvat roskien levylle suuren eksoplaneetan ympärillä. Astronomit ovat pitkään epäilleet, että näin suuret planeetat - kuten Jupiter omassa aurinkokunnassamme - saavat kuunsa. Se tapahtuu hyvin nuoren tähden, nimeltä PDS 70, ympärillä, noin 370 valovuoden päässä Centaurus-tähdistössä.
"Voimme ensimmäistä kertaa nähdä lopullisesti piikkiplanetaarisen levyn ilmaisimet ..."
Andrea Isella, pääkirjailija, Rice University
Hyväksyttyä teoriaa siitä, kuinka planeettojen muoto muodostuu, kutsutaan sumun hypoteesiksi. Kaikki alkaa tähtien muodostumisesta valtavaan kaasupilveen, jota kutsutaan jättiläismäiseksi molekyylipilviksi (GMC). Tähden muodostuessa pilvi muotoillaan pyöriväksi litistetyksi kaasu- ja pölylevyksi, jota kutsutaan protoplanetaariseksi levyksi tai ympyrätasoiseksi levyksi. Aine alkaa koaltua kohoumiksi tällä levyllä, ja nämä palat muuttuvat planeeteiksi.
Jos levyllä olevan planeetan massa kasvaa yli noin 10 maapallon massaa, tapahtuu jotain muuta. Massasa vuoksi planeetta avaa raon protoplanetaarisella levyllä. Kun materiaali kulkee raon läpi, se voi päästä riittävän lähelle planeettaa, että planeetan painovoima hallitsee isäntätähden painovoimaa. Tämä materiaali loukkaantuu sitten ympäri planeettaa kiertävään ympyrä planetaariseen levyyn (CPD), kuten levyn levy.
Suurin osa ympyrän planetaarisen levyn materiaalista akrytoituu muodostavaan planeettaan. Mutta ei kaikkia. Samat voimat, jotka loivat planeetat kehälevyltä, menevät töihin. Ne voivat luoda kuut materiaalista, joka pyörii levyllä ympäri planeettaa.
Nyt tähtitieteilijöiden joukkue on huomannut ensimmäisen kerran tämän ympyrän planetaarisen levyn ja siihen muodostuneiden kuiden.
Nämä havainnot hahmottelevan tutkimuksen pääkirjailija on Andrea Isella, tähtitieteilijä Rice Universityssä Houstonissa, Texasissa. Havainnot on julkaistu The Astrophysical Journal -lehdissä, ja niiden otsikko on ”Protoplaneetoihin liittyvien jatkuvan submillimetrin päästöjen havaitseminen”.
"Planeetat muodostuvat kaasu- ja pölylevyistä vasta muodostuvien tähtien ympärille. Jos planeetta on riittävän suuri, se voi muodostaa oman levyn, kun se kerää materiaalia kiertoradallaan tähden ympärille", Isella sanoi. "Jupiter ja sen kuut ovat pieni planeettajärjestelmä esimerkiksi aurinkokuntamme sisällä, ja uskottiin, että Jupiterin kuut muodostuivat ympäri planeettatietolevyä, kun Jupiter oli hyvin nuori."
Kaikki tapahtuu PDS 70 -tähden ympärillä. Tuo tähti oli uutisissa noin vuosi sitten, kun tähtitieteilijät ottivat ensimmäisen kuvan äskettäin muodostuvasta planeetasta ympyrämäisellä levyllä. Tuo planeetta on nimeltään PDS 70b. Tuo löytö oli tuolloin iso uutinen, syystä.
PDS 70b ei ole ainoa tähtiä kiertävä planeetta. On myös toinen planeetta, PDS 70c, myös kiertoradalla, ja he ovat molemmat kaasu jättiläisiä. Euroopan eteläisen observatorion (ESO) erittäin suuri teleskooppi (VLT) havaitsi molemmat planeetat optisessa ja infrapuna-tilassa. Planeettapariin kerääntyvä lämmin vedyn hehku antoi heille pois.
Ryhmä yhdisti VLT-havainnot uusiin Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA.) -Radiohavaintoihin. Tuloksena on vakuuttava näyttö prototähteisestä levystä syrjäisimmän tähden, PDS 70c, ympärillä.
"Voimme ensimmäistä kertaa nähdä lopullisesti ympyräplanetaarisen levyn ilmaisimet, mikä auttaa tukemaan monia nykyisiä teorioita planeetan muodostumisesta", sanoi pääkirjailija Andrea Isella.
"Vertaamalla havaintojamme korkearesoluutioisiin infrapuna- ja optisiin kuviin voimme selvästi nähdä, että muuten arvoitukselliset pienten pölyhiukkasten pitoisuudet ovat itse asiassa planeetan vyöhyöstöjä sisältävä pölylevy, joka on ensimmäinen tällainen ominaisuus, jota koskaan on lopullisesti havaittu", hän sanoi. Tutkijoiden mukaan tämä on myös ensimmäinen kerta, kun planeetta on selvästi nähty näissä kolmesta erillisestä valonsädestä.
Yksi vastattu kysymys, toinen kysymys
PDS 70b: llä ja c: llä on erilaisia ominaisuuksia, ja tutkimuksen takana oleva tiimi ei ole aivan varma, mitä se kaikki tarkoittaa.
"Mitä tämä on ja mitä se tarkoittaa tälle planeettajärjestelmälle, ei vielä tiedä."
Andrea Isella, pääkirjailija, Rice University
PDS 70c, parin uloin tähti, on yhtä kaukana tähdestään kuin Neptunus on auringosta. Se on täsmälleen samassa paikassa kuin ilmeinen pölynsolmu, joka näkyy ALMA-tiedoissa. Koska tämä planeetta paistaa niin kirkkaasti infrapuna- ja vetyvalaisuissa, astronomit voivat vakuuttavasti sanoa, että täysin muodostunut planeetta on jo kiertoradalla. Kirkkaat infrapuna- ja vetykaistat osoittavat, että lähellä olevaa kaasua on edelleen sovittu planeetan pintaan, viimeisteleen sen murrosikäisen kasvuvauhdin.
Astronomit arvioivat, että PDS 70c on noin 1-10 kertaa Jupiterin massa. "Jos planeetta on arvioinnin suuremmassa päässä, on täysin mahdollista, että sen ympärillä saattaa muodostua planeetan kokoisia kuikkoja", Isella huomautti.
Mutta PDS 70b: llä on jotain muuta meneillään. Tällä planeetalla, joka on suunnilleen saman etäisyyden päässä tähdestään kuin Uranus on Auringosta, on pölymassa jäljellä kuin hännänsä. Ja tähtitieteilijät eivät ole varmoja kuinka se sopii.
"Mitä tämä on ja mitä se tarkoittaa tälle planeettajärjestelmälle, ei vielä tiedä", sanoi Isella. "Ainoa vakuuttava asia, jonka voimme sanoa, on, että se on tarpeeksi kaukana planeetasta ollakseen itsenäinen ominaisuus."
Tähtitieteilijät ovat melko varmoja, että prosessi, jonka he voivat nähdä pelaamassa PDS 70c: n ympärillä, on sama prosessi, joka on luonut Jupiterin kuut. On kuitenkin syytä huomata, että aurinkokunnan toinen kaasujättelijämme eroaa Jupiterista. Saturnuksen kuut luotiin luultavasti ympäri planeettatietoisen levyn, mutta sen jäiset renkaat luotiin todennäköisesti komeetojen ja muiden kivisten kappaleiden kanssa törmättäessä toisiinsa.
Näitä eksoplanetaarisia järjestelmiä on tunnetusti vaikea havaita optisessa ja infrapunavalossa. Tähden energia spektrin niissä osissa hävittää valon planeetoilta. Mutta ei ALMA: lle.
ALMA keskittyy radioaaltoihin, ja tähdet lähettävät radioaaltoja vain heikosti. Ryhmä sanoo, että he voivat jatkaa PDS 70 -järjestelmän tarkkailua ALMA: n kanssa tarkkaillaan sen muuttuessa ja kehittyessä.
"Tämä tarkoittaa, että pystymme palaamaan järjestelmään takaisin eri ajanjaksoina ja kartoittamaan helpommin planeettojen kiertoradan ja pölyn pitoisuuden järjestelmään", päätti Isella. "Tämä antaa meille ainutlaatuisen kuvan aurinkojärjestelmien kiertoradan ominaisuuksista niiden varhaisimmissa kehitysvaiheissa."
Tämän pyöreän planetaarisen levyn löytäminen ja siihen mahdollisesti muodostuvat kuut ovat sinänsä mielenkiintoisia, mutta tapa, jolla ryhmä löysi levyn, on lupaava myös tulevaisuudelle. Vaikka muita on löydetty, tämä tutkimus on vakuuttavin.
"Levyillä on havaittu kourallinen ehdokasplaneettoja, mutta tämä on aivan uusi ala, ja niistä kaikista keskustellaan edelleen", Isella sanoi. "(PDS 70 b ja PDS 70 c) ovat lujimpia, koska riippumattomia havaintoja on tehty eri välineillä ja tekniikoilla."
Artikkelinsa lopussa kirjoittajat sanovat: "Me väitämme, että optiset, NIR- ja (alle) millimetriset havainnot ovat toisiaan täydentäviä, koska ne mittaavat planeetan erittymisprosessien erilaisia näkökohtia ja niihin vaikuttavat erilaiset systemaattiset virheet." He huomauttavat myös, että ALMA yksin ei voi tehdä työtä. Yhdistämällä erilaisia havaintoja he ovat avanneet nämä eksoplaneetit ja niiden levyt yksityiskohtaisempaan tutkimukseen.
Tutkimuksesta: “Kun ALMA ja nykyiset optiset kaukoputket ovat saavuttaneet täyden kuvantamiskykynsä, tulevat havainnot läheisistä ympyräketjulevyistä, joille on ominaista onkaloita ja aukkoja, kuten PDS 70: ssä havaitut, saattavat paljastaa enemmän vastasyntyneitä planeettoja, jotka ovat vuorovaikutuksessa syntymälevyn kanssa. Tällaiset havainnot ovat perustavanlaatuisia tutkittaessa prosesseja, jotka ovat vastuussa planeettajärjestelmien muodostumisesta. "
Lähteet:
- Lehdistötiedote: Kaukaisessa tähtijärjestelmässä löydetty ”Kuun muodostava” pyöreä planeettalevy
- Lehdistötiedote: Kuun muodostava levy löydettiin kaukaisen planeetan ympäriltä
- Tutkimusdokumentti: Protoklaneetteihin liittyvien jatkuvatoimisten submillimetrien päästöjen havaitseminen
