Pressemeddelelse

ALMA finder nyfødte trillingeplaneter ved ung stjerne

Med ny teknik finder vi de yngste planeter i Mælkevejen

13. juni 2018

To uafhængige forskerhold har brugt ALMA til at finde overbevisende evidens for, at der er tre purunge exoplaneter i kredsløb om den nyfødte stjerne HD 163296. De har brugt en ny teknik til at finde planeterne: Astronomerne opdagede tre forstyrrelser i den gasfyldte skive omkring den unge stjerne. De er den hidtil stærkeste evidens for, at nydannede exoplaneter er i kredsløb om stjernen, og de tre anses nu for de første exoplaneter opdaget af ALMA.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har forandret vores forståelse af protoplanetariske skiver — de ophav til planeter, som fyldt med gas og støv kredser omkring de unge stjerner. Ringe og gab i skiverne giver os stærke, men indirekte antydninger af, at der her findes protoplaneter [1]. Der er dog også andre fænomener, som kan forklare de markante strukturer.

Men nu har to hold astronomer så uafhængigt af hinanden bekræftet, at der er klare afslørende tegn på nydannede planeter omkring en nyfødt stjerne[2]. Det er sket med en ny teknik til jagt på exoplaneter, hvor man søger efter usædvanlige mønstre i den gassky, som findes i skiven omkring en ung stjerne.

"Vi har målt gasstrømmene inde i en protoplanetarisk skive, og vi er nu meget sikre på, at der faktisk findes exoplaneter i kredsløb om en ung stjerne," siger Christophe Pinte fra Monash University i Australien, som er hovedforfatter til en af de to artikler. "Teknikken her lover meget med hensyn til at forstå, hvordan planetsystemer dannes."

Hvert af forskerholdene analyserede ALMA-observationer af den unge stjerne HD 163296, som er omkring 330 lysår fra Jorden, i  stjernebilledet Sagittarius (Skytten) [3]. Stjernen vejer omkring dobbelt så meget som Solen, men den er kun fire millioner år gammel - bare en tusindedel af Solens alder.

"Vi observerede de lokale små bevægelser af gassen i stjernens protoplanetariske skive. Det er en helt ny teknik, som kan afsløre nogle af de yngste planeter i vores galakse, takket være de meget skarpe billeder fra ALMA," sagde Richard Teague, som er astronom ved University of Michigan, og hovedforfatter til den anden af artiklerne.

I stedet for at se på støvet inde i skiven, som der allerede var et klart billede af fra tidligere ALMA observationer, studerede astronomerne istedet kuliltegas (CO), som findes spredt overalt i skiven. CO molekylerne udsender lys i en meget præcis millimeterbølgelængde, som ALMA kan se i stor detalje. Ganske små ændringer i bølgelængden af dette lys på grund af Dopplereffekten afslører gassens bevægelser inde i skiven.

Det forskerhold, som Teague var leder af, fandt to planeter henholdsvis cirka 12 og 21 milliarder kilometer fra stjernen. Det andet hold, ledet af Pinte fandt en planet omkring 39 milliarder kilometer fra stjernen[4].

De to hold forskere brugte hver deres variation af den samme teknik, hvor man leder efter anormaliteter i gasstrømmene - set via de ændrede bølgelængder i CO lysudsendelsen -, som viser, at gassen vekselvirker med et tungt objekt[5].

Teague-holdets teknik gjorde muligt at finde udjævnede variationer i gasstrømmene så små som nogle få procent,  og dermed kunne man se, hvordan flere planeter påvirkede gassernes bevægelser tættere ved stjernen. Pinte-holdet målte gasstrømmene mere direkte, og den teknik virker bedre, når man studerer den ydre del af skiven. Det viste sig muligt mere præcist at lokalisere den tredje planet, men teknikken kræver ret så store afvigelser i strømmene; mere end 10%.

I begge tilfælde fandt forskerne områder, hvor gasstrømmene var anderledes end i omgivelserne; lidt ligesom man ser hvirvler i vandet, hvor der er en sten i bækken. En omhyggelig analyse af bevægelserne viste klart hvordan der var påvirkninger fra exoplaneter med en størrelse nogenlunde som Jupiter.

Denne nye teknik gør det muligt for astronomerne mere præcist at angive protoplaneternes masser, og der er mindre risiko for at blive snydt af falske målinger; 'falske positive'. "Hermed har vi trukket ALMA centralt ind i det forskningsområde, som handler om at finde nye exoplaneter," siger medforfatter Ted Bergin fra University of Michigan.

Begge forskerhold fortsætter med at forfine metoden, og vil i fremtiden anvende den også på andre planetskiver, for at få en bedre forståelse af, hvordan atmosfærer dannes, og hvordan grundstoffer og molekyler bliver indfanget af en exoplanet, når den dannes.

Noter

[1] Selvom der er opdaget tusinder af exoplaneter i de seneste 20 år, er det stadig noget af det allersværeste at finde protoplaneter, og før nu er det ikke lykkedes med sikkerhed. De teknikker, som man ellers bruger til at finde exoplaneter med kan ikke anvendes til af søge efter protoplaneter. Det drejer sig om at måle en stjernes 'vrikken', eller at måle hvordan den taber lidt i lysstyrke, når en planet passerer ind foran den.

[2] Gasbevægelserne omkring en stjerne er meget simple og forudsigelige, hvis der ikke er planeter indblandet (det er den såkaldte keplerbevægelse). Det er kun tilstedeværelsen af ret så tunge objekter, som kan forstyrre det simple billede.

[3] ALMAs flotte billede af HD 163296 og af lignende systemer, har vist os indviklede mønstre med koncentriske ringe og gab i de protoplanetariske skiver. Gabene kan være antydning af, at der er protoplaneter i færd med at pløje støv og gas væk fra deres baner, og i processen at samle noget af stoffet ind til deres egne atmosfærer. En tidligere undersøgelse af skiven omkring ligen netop denne stjerne viser, at gabene i støvet og i gassen overlapper, og det antyder, at der er dannet mindst to planeter her.

Imidlertid gav disse tidlige observationer blot antydninger af, at der findes planeter - det kunne ikke bruges til faktisk at beregne planeternes masser.

[4] Det svarer til henholdsvis 80, 140 og 260 gange afstanden imellem Jorden og Solen.

[5] Teknikken svarer til den, som førte til opdagelsen af planeten Neptun i det nittende århundrede. I det tilfælde kunne man føre uregelmæssigheder i planeten Uranus bane tilbage til tyngdekraftspåvirkninger fra et ukendt legeme. Visuelt fandt man så legemet; den nye ottende planet i Solsystemet i 1846. Den teknik, som Pintes hold har brugt for at finde planeten, er beskrevet i en artikel med titlen Planet formation signposts: observability of circumplanetary disks via gas kinematics af Perez et al. Den er offentliggjort i tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters i 2015.

Mere information

Forskningsresultaterne her er offentliggjort i to artikler i samme udgave af tidsskriftet Astrophysical Journal Letters. Den første har titlen “Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”, af C. Pinte et al. og den anden hedder “A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets”, af R. Teague et al.

Pinte-holdet består af: C. Pinte (Monash University, Clayton, Victoria, Australien; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrig), D. J. Price (Monash University, Clayton, Victoria, Australien), F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrig), G. Duchêne (University of California, Berkeley California, USA; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrig), W.R.F. Dent (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), T. Hill (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), A. Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA) and D. Mentiplay (Monash University, Clayton, Victoria, Australien).

Teague-holdet består af: Richard D. Teague (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Jaehan Bae (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA), Edwin A. Bergin (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Tilman Birnstiel (University Observatory, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munich, Tyskland) and Daniel Foreman- Mackey (Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA).

­ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, er et internationalt astronomisk observatorium, med ESO, US National Science Foundation (NSF) og National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Chile. ALMAs finansieres af ESO (Det europæiske sydobservatorium), NSF i samarbejde med Canadas National Research Council og National Science Council i Taiwan, og af NINS i samarbejde med Academia Sinica i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Opbygning og drift af ALMA styres af ESO på vegne af medlemstaterne, af National Radio Observatory ved Associated Universities, Inc. på vegne af Nordamerika og af National Astronomical Observatory i Japan på vegne af Østasien. Organisationen Joint ALMA Observatory, JAO står for den fælles ledelse og styring af konstruktion og drift af ALMA.

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Forskningsartiklen af Pinte et al. i Astrophysical Journal Letters
• Forskningsartiklen af Teague et al. i Astrophysical Journal Letters
• Fotos af ALMA

Kontakter

Christophe Pinte
Monash University
Clayton, Victoria, Australia
Tel: +61 4 90 30 24 18
E-mail: christophe.pinte@univ-grenoble-alpes.fr

Richard Teague
University of Michigan
Ann Arbor, Michigan, USA
Tel: +1 734 764 3440
E-mail: rteague@umich.edu

Calum Turner
ESO Assistant Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
E-mail: calum.turner@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1818 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.