Bij het zoeken naar extra-zonneplaneten vertrouwen astronomen meestal op een aantal indirecte technieken. Hiervan zijn de Transit Method (ook bekend als Transit Photometry) en de Radial Velocity Method (ook bekend als Doppler Spectroscopy) de twee meest effectieve en betrouwbare (vooral in combinatie). Helaas is directe beeldvorming zeldzaam omdat het erg moeilijk is om een zwakke exoplaneet te zien te midden van de schittering van zijn gastheerster.
Door verbeteringen in radio-interferometers en nabij-infraroodbeeldvorming konden astronomen protoplanetaire schijven afbeelden en de banen van exoplaneten afleiden. Met behulp van deze methode heeft een internationaal team van astronomen onlangs foto's gemaakt van een nieuw vormend planetair systeem. Door de hiaten en ringachtige structuren van dit systeem te bestuderen, kon het team de mogelijke grootte van een exoplaneet veronderstellen.
De studie, getiteld "Ringen en gaten in de schijf rond Elias 24 onthuld door ALMA", verscheen onlangs in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. Het team werd geleid door Giovanni Dipierro, een astrofysicus van de Universiteit van Leicester, en bestond uit leden van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), het Joint ALMA Observatory, het National Radio Astronomy Observatory, het Max-Planck Institute for Astronomy, en meerdere universiteiten en onderzoeksinstituten.
In het verleden zijn in veel protoplanetaire systemen stofringen geïdentificeerd en over hun oorsprong en hun relatie tot planetaire vorming is veel discussie. Enerzijds kunnen ze het gevolg zijn van stof dat zich in bepaalde regio's opstapelt, van zwaartekrachtinstabiliteiten of zelfs variaties in de optische eigenschappen van het stof. Als alternatief kunnen ze het resultaat zijn van reeds ontwikkelde planeten, die ervoor zorgen dat het stof verdwijnt terwijl ze er doorheen gaan.
Zoals Dipierro en zijn collega's in hun studie uitlegden:
“Het alternatieve scenario roept schijven aan die dynamisch actief zijn, waarin planeten al gevormd zijn of in formatie zijn. Een ingesloten planeet zal dichtheidsgolven in de omringende schijf opwekken, die vervolgens hun impulsmoment afzetten als ze worden verdreven. Als de planeet massief genoeg is, resulteert de uitwisseling van impulsmoment tussen de golven die door de planeet en de schijf worden gecreëerd in de vorming van een of meer gaten, waarvan de morfologische kenmerken nauw verbonden zijn met de lokale schijfomstandigheden en de eigenschappen van de planeet. '
Omwille van hun studie gebruikte het team gegevens van de Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) Cycle 2-waarnemingen - die begon in juni 2014. Hierdoor konden ze het stof rond Elias 24 in beeld brengen. met een resolutie van ongeveer 28 AU (dwz 28 keer de afstand tussen de aarde en de zon). Wat ze ontdekten, waren tekenen van gaten en ringen die een aanwijzing konden zijn voor een baan om de planeet.
Hieruit construeerden ze een model van het systeem dat rekening hield met de massa en locatie van deze potentiële planeet en hoe de verspreiding en dichtheid van stof ervoor zou zorgen dat het zou evolueren. Zoals ze in hun studie aangeven, reproduceert hun model de waarnemingen van de stofring vrij goed en voorspelde het de aanwezigheid van een Jupiter-achtige gasreus binnen vierenveertigduizend jaar:
“We vinden dat de stofemissie over de schijf consistent is met de aanwezigheid van een ingesloten planeet met een massa van? 0,7? MJ bij een orbitale straal van? 60? Au ... De oppervlaktehelderheidskaart van ons schijfmodel past redelijk bij de gap- en ringachtige structuren die in Elias 24 zijn waargenomen, met een gemiddelde discrepantie van? 5? Procent van de waargenomen fluxen rond het gapgebied. "
Deze resultaten bevestigen de conclusie dat de gaten en ringen die zijn waargenomen in een grote verscheidenheid aan jonge circumstellaire schijven de aanwezigheid van in een baan om de aarde gelegen planeten aangeven. Zoals het team aangaf, komt dit overeen met andere waarnemingen van protoplanetaire schijven en zou het licht kunnen werpen op het proces van planetaire vorming.
"Het beeld dat naar voren komt uit de recente observaties met hoge resolutie en hoge gevoeligheid van protoplanetaire schijven is dat kloof- en ringachtige kenmerken veel voorkomen in een groot aantal schijven met verschillende massa's en leeftijden", besluiten ze. "Nieuwe ALMA-beelden met hoge resolutie en natuurgetrouwheid van thermische en CO-emissie van stof en hoogwaardige verstrooiingsgegevens zullen nuttig zijn om verder bewijs te vinden van de mechanismen achter hun vorming."
Een van de moeilijkste uitdagingen als het gaat om het bestuderen van de vorming en evolutie van planeten, is het feit dat astronomen traditioneel de processen niet in actie konden zien. Maar dankzij verbeteringen in instrumenten en het vermogen om zonnestelsystemen buiten de zon te bestuderen, hebben astronomen systemen op verschillende punten in het vormingsproces kunnen zien.
Dit helpt ons op zijn beurt om onze theorieën over hoe het zonnestelsel is ontstaan te verfijnen, en kan ons op een dag in staat stellen om precies te voorspellen wat voor soort systemen zich kunnen vormen in jonge sterrenstelsels.
