Det ser ud til, at vi muligvis skal opdatere vores teorier om, hvordan stjerner og planeter dannes i nye solsystemer. Et hold af astronomer har opdaget unge planeter, der dannes i et solsystem, der kun er omkring 500.000 år gammelt. Forud for denne opdagelse troede astronomer, at stjerner er langt inde i deres voksne liv med fusion, før planeter dannes af tiloversblevne materiale i den cirkumstellare skive.
Nu ser det ifølge en ny undersøgelse ud til, at planeter og stjerner kan dannes og vokse op sammen.
Astronomer har undersøgt masser af unge solsystemer. Typisk er en ung stjerne omgivet af en støvskive, og astronomer kan se ringe blive ryddet ud i støvet af unge planeter, mens de dannes. I disse tilfælde har den unge stjerne allerede samlet sin masse. Men ikke i dette tilfælde.
'Traditionelt troede man, at en stjerne lavede det meste af sin dannelse, før planeterne dannes, men vores observationer viste, at de dannes samtidigt.'
Ian Stephens, medforfatter, CfA
Titlen på den nye forskning er ' Fire ringformede strukturer i en protostellar disk mindre end 500.000 år gammel .' Hovedforfatteren er Dominique Segura-Cox, en videnskabsmand ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i Tyskland. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Nature.
Undersøgelsen er centreret om en ung protostjerne ved navn IRS 63 . Det er omkring 470 lysår væk fra os, i retning af stjernebilledet Ophiuchus. IRS 63 er dybt indlejret i den tætte LI709 interstellar sky .
Den tætte L1709-region af Ophiuchus Molecular Cloud kortlagt af Herschel Space Telescope, som omgiver og tilfører materiale til den meget mindre IRS 63 protostjerne og planetdannende skive (placering markeret med det sorte x).
Kredit: MPE/D. Segura-Cox Data kredit: ESA/Herschel/SPIRE/PACS/D. Arzoumanian
IRS 63 er anderledes end andre unge stjerner. Det viser de afslørende støvringe, der signalerer tilstedeværelsen af unge planeter, men det er kun halvdelen af alderen for andre unge stjerner, der viser de samme ringe. I en alder af yngre end 500.000 år er babystjernen ikke engang færdig med at samle sin egen masse endnu og er stadig i gang med at dannes.
'Vi observerede den unge protoplanetariske skive kaldet IRS 63 og fandt huller og ringe inde i skiven, hvilket er tegn på planetdannelse,' sagde studiets medforfatter Ian Stephens, en astronom ved Center for
Astrofysik | Harvard & Smithsonian (CfA). 'Traditionelt troede man, at en stjerne lavede det meste af sin dannelse, før planeterne dannes, men vores observationer viste, at de dannes samtidigt.'
I samme pressemeddelelse tilføjede hovedforfatteren Segura-Cox: 'Ringene i disken omkring IRS 63 er så unge. Vi plejede at have denne idé om, at stjerner først kom ind i voksenlivet og var mødre til planeter, der kom bagefter, men nu ser vi, at protostjerner og planeter vokser og udvikler sig sammen fra tidlige tider som søskende.'
I undersøgelsen skriver forfatterne 'De ringformede understrukturer, vi observerer mod skiven af den unge protostjerne IRS 63, indikerer, at betingelserne for planetesimal dannelse sandsynligvis begynder på ekstremt tidlige tidspunkter, hvilket sætter scenen for, at den første generation af planeter kan dannes.'
Holdet af forskere var i stand til at estimere masserne af planeterne, der dannes omkring den unge stjerne. Forfatterne skriver, at '...den planetmasse, der kræves for at åbne hvert hul, kan estimeres ud fra vores støvobservationer.' De tilføjede: 'Forudsat at hvert hul åbnes af én planet, er den nødvendige planetmasse for hul G1 0,47MJupiter(hvorMJupiterer Jupiters masse), og hul G2 kræver en planetmasse på 0,31MJupiter.'
Holdet advarer om, at disse er øvre massegrænser, og de nævner også, at disse masser er overraskende og større end forventet. 'De estimerede planetmasser i den unge disk af IRS 63 er allerede sammenlignelige med Jupiter-masser og er overraskende store ved disse radier i betragtning af, at planeter i de tidlige stadier af dannelsen står over for alvorlige barrierer for at vokse til så store masser på korte tidsskalaer som samt at undgå løbsk tilvækst på senere stadier af deres dannelse.'
Ringene og hullerne i IRS 63-støvskiven er vist ved siden af en skitse af solsystemets kredsløb tegnet i samme størrelsesskala og orientering som IRS 63-skiven. Ringenes placering ligner placeringen af objekter i vores eget solsystem, med den indre ring på størrelse med Neptuns bane og den ydre ring lidt større end Plutos bane.
Kredit: MPE / D. Segura-Cox Data kredit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Resultaterne fra IRS 63-systemet hjælper med at transformere vores forståelse af unge solsystemer. Men de kan også fortælle os noget om vores eget solsystem, og hvordan det er dannet.
Gasgiganter som Jupiter kræver omkring 10 jordmasser af fast materiale for at dannes. Dette materiale bliver kernen, og en enorm mængde gas samler sig omkring det. Holdet, der studerede IRS 63, målte mængden af materiale i den unge skive og fandt omkring 150 jordmasser af materiale, både støv og gas. Da holdet parrede den måling med målinger af den cirkumstellare skive og ringene og hullerne i den, lærte de noget.
'Disse ringe og huller tyder på, at vi ser de tidligste beviser for planetdannelse, og at planeter helt sikkert begynder at dannes inden for den første halve million år, og sandsynligvis inden for de første 150.000 år,' sagde Stephens. 'Planeter, især planeter som Jupiter, startede deres egen dannelse på et af de tidligste stadier af stjernedannelsesprocessen.'
Astronomer tror, at Jupiter oprindeligt dannede sig ud over Neptun og derefter migrerede indad for til sidst at indtage sin nuværende position. Nogle undersøgelser viser, at det tog 700.000 år at migrere. Disse nye observationer af materialet i IRS 63's disk ser ud til at understøtte det. Holdet mener, at mængden af materiale i disken og systemets unge alder er meget lig forholdene i en tilsvarende alder i vores eget solsystem.
'Størrelsen af disken er meget lig vores eget solsystem,' sagde Segura-Cox. 'Selv massen af protostjernen er bare lidt mindre end massen af vores sol. At studere sådanne unge planetdannende skiver omkring protostjerner kan give os vigtig indsigt i vores egen oprindelse.'
Dette resultat er overraskende, selvom det på en måde ikke burde være det. Disse unge stjernesystemer er notorisk svære at se ind i. Al gassen og støvet gør det svært at observere dem, hvilket betyder, at der helt sikkert sker ting på disse systemer, som astronomerne endnu ikke har set. Der er dog sket en del fremskridt de seneste år. Heldigvis, SJÆL er i stand til at sondere disse systemer ved at observere emissionerne fra støvkorn.
Et ALMA-billede af en protoplanetarisk skive fra 2019. Dette billede af den nærliggende unge stjerne TW Hydrae afslører de klassiske ringe og huller, der indikerer, at planeter er under dannelse i dette system. Kredit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
I 2019 brugte astronomer ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) til at kigge ind i det unge solsystem, der dannes omkring TW Hydrae , en ung T-Tauri-stjerne omkring 196 lysår væk. De var i stand til at se ringene og hullerne i skiven af materiale omkring stjernen, som er de afslørende tegn på planetdannelse.
Faktisk er det næsten almindeligt at se, mens unge planeter skærer huller i en stjerneskive. Astronomer, der bruger ALMA, har set mange af dem nu.
ALMAs højopløsningsbilleder af nærliggende protoplanetariske diske, som er resultater af Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP). Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Bemærkelsesværdigt nok var ESO's Very Large Telescope endda i stand til at spotte to babyplaneter i ét system i 2018. Billederne viser ikke mange detaljer, og de fortæller os ikke meget, men det er stadig en milepæl.
Dette spektakulære billede fra SPHERE-instrumentet på ESOs Very Large Telescope er det første klare billede af en planet, der er fanget i selve dannelsen omkring dværgstjernen PDS 70. Kredit: ESO/A. Müller et al.
Ligesom mange andre områder inden for astronomi vil det kommende James Webb-rumteleskop yde et vigtigt bidrag. Med sin koronagraf og dens evne til at se i det mellem-infrarøde, vil den være i stand til det kig ind i disse unge solsystemer for at se, hvad der sker. Webbs følsomhed vil være langt bedre end andre teleskoper. Astronomer vil bruge sin kraft og følsomhed til at se på unge systemer som IRS 63. Hvem ved, hvad de finder.
'Vores program ser på unge, nydannede planeter og de systemer, de lever i, forklarede co-principal investigator Beth Biller fra University of Edinburgh, i en pressemeddelelse . 'Webb vil give os mulighed for at gøre dette meget mere detaljeret og på bølgelængder, vi aldrig har udforsket før. Så det bliver afgørende for at forstå, hvordan disse objekter dannes, og hvordan disse systemer er.'
Et Gemini Planet Imager (GPI) billede af HR 4796A, den største stjerne i det binære HR 4796 system. Det viser den cirkumstellare skive omkring HR 4796A, en ring af støv og planetesimaler, der på nogle måder ligner en opskaleret version af solsystemets Kuiperbælt. Billedkredit: Marshall Perrin (Space Telescope Science Institute), Gaspard Duchene (UC Berkeley), Max Millar-Blanchaer (University of Toronto) og GPI-teamet.
James Webbs Early Release Science-program har allerede valgt et mål. HR 4796 er et ungt binært stjernesystem med planetesimaler, som astronomer allerede har set i 20 år. Astronomer mener, at dette system med dets planetesimaler og dets affaldsring er repræsentativt for mange unge solsystemer.
Afhængigt af hvad JWST finder, skal vi muligvis opdatere vores teorier igen. Lad os håbe det.
Mere:
- Pressemeddelelse: At vokse op Stardust: Forskere opdager, at stjerner og planeter kan være søskende
- Udgivet Forskning: Fire ringformede strukturer i en protostellar disk mindre end 500.000 år gammel
- Universet i dag: Astronomer ser yndige babyplaneter dannes omkring en ung stjerne