eso1818sv — Pressmeddelande (forskning)

ALMA upptäcker tre nyfödda planeter runt nyfödd stjärna

Ny metod hittar galaxens yngsta planeter

13 juni 2018

Två forskarlag har oberoende av varandra och med hjälp av ALMA presenterat övertygande bevis för tre unga planeter som kretsar kring den mycket unga stjärnan HD 163296. Genom att identifiera tre störningar i den gasfyllda skivan som omger den unga stjärnan kunde astronomerna få fram de starkaste bevisen hittills att nybildade planeter går i bana kring stjärnan. Planeterna anses vara de första som upptäckts med hjälp av ALMA.

Teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har gett oss en helt ny bild av de protoplanetära skivorna – de gas- och dammfyllda planetfabrikerna som omger unga stjärnor. De ringar och glapp som upptäckts i dessa skivor pekar på att att där borde finnas protoplaneter [1]. Men även andra fenomen skulle kunna skapa dessa eggande tecken.

Nu har dock två forskarlag med en ny typ av metod för att leta efter planeter kunnat bekräfta tydliga tecken på nybildade planeter som kretsar kring en nyfödd stjärna [2].

Christophe Pinte, astronom vid Monash University i Australien och Grenobles institut för planetologi och astrofysik (Université de Grenoble-Alpes / CNRS) i Frankrike, är förstaförfattare till en av de två forskningsartiklarna.

– Genom att uppmäta gasflödet inuti en protoplanetär skiva kan vi med större säkerhet fastställa att det finns planeter runt en ung stjärna. Denna teknik erbjuder oss en lovande ny riktning för att förstå hur planetsystem bildas, säger han.

För dessa upptäckter analyserade vardera av forskarlagen observationer från ALMA av HD 163296, en ung stjärna ungefär 330 ljusår från jorden i stjärnbilden Skytten [3]. Denna stjärna är cirka två gånger så massiv som solen men är bara fyra miljoner år gammal, drygt en tusendel av solens ålder.

Richard Teague är astronom vid University of Michigan och förstaförfattare till den andra forskningsartikeln.

– Vi studerade de småskaliga rörelserna i gasen inuti en stjärnas protoplanetära skiva. Detta helt nya tillvägagångssätt har avslöjat några av de yngsta planeterna i vår galax, tack vare högupplösta bilder från ALMA, säger han.

Istället för att fokusera på stoftet inuti skivan, som tydligt avbildats i tidigare observationer med ALMA, har astronomer istället studerat utbredningen av kolmonoxidgas i skivan. CO-molekyler avger mycket distinkt ljus i millimetervåglängder som ALMA kan observera i detalj. Subtila förändringar i våglängden från detta ljus beror på dopplereffekten som avslöjar rörelser av gas i skivan.

Forskarlaget som leds av Teague identifierade två planeter som befinner sig cirka 12 miljarder och 21 miljarder kilometer från värdstjärnan. Det andra forskarlaget som leds av Pinte identifierade en planet cirka 39 miljarder kilometer från stjärnan [4].

De två forskarlagen använde variationer av samma teknik som letar efter anomalier i gasflödena, vilket framgår av CO-emissionens växlande våglängder och indikerar att gasen interagerar med ett massivt objekt [5].

I metoden som användes av Teague härledde man förändringar i gasflödet som var så små som några få procent. Detta avslöjade hur flera planeter kunde påverka gasens rörelser närmare stjärnan. Pintes metod, som mer direkt mätte upp gasflödet, passar bättre för att studera skivans yttre delar. Då kunde forskarna mer precist lokalisera den tredje planeten, men metoden gäller endast för större avvikelser i flödet som är större än omkring tio procent.

I båda fall identifierade forskarna områden där gasflöden inte stämde överens med omgivningen, lite grann som virvlarna runt en sten i en flod. Genom att noggrant analysera dessa rörelser kunde de tydligt upptäcka att här fanns planetliknande kroppar med massa som liknar Jupiters.

Med den nya metoden kan astronomer mer exakt uppskatta protoplaneters massor samtidigt som de kan undvika upptäckter som inte visar sig vara planeter.

– Nu håller vi på att flytta ALMA in i frontlinjen inom exoplanetupptäckter, säger Ted Bergin, medförfattare och astronom vid University of Michigan.

Båda forskarlag kommer att finslipa metoden och tillämpa den på andra skivor. De hoppas att bättre kunna förstå hur planeters atmosfärer bildas och vilka grundämnen och molekyler som skänks till en planet redan när den föds.

Noter

[1] Trots att tusentals exoplaneter har upptäckts under de senaste tjugo åren är upptäckten av protoplaneter ännu ett ämne vid forskningens absoluta framkant. Fram tills nu har inga otvetydiga upptäckter kunnat göras. Metoderna som idag används för att hitta exoplaneter i mogna planetsystem – såsom att mäta upp stjärnans vacklande eller när en stjärna bleknar när en planet passerar framför den – passar inte bra för att kunna upptäcka protoplaneter.

[2] Utan planeter rör sig gas runt en stjärna enligt ett enkelt och lätt förutsägbart mönster (keplersk rotation) som är nästan omöjligt att ändra både på ett lokalt och sammanhängande sätt utan att en relativt tungt objekt är inblandat som skapar störningarna.

[3] ALMA:s häftiga bilder av HD 163296 och andra liknande system har avslöjat spännande mönster av koncentriska ringar och glapp inom protoplanetära skivor. Glappen kan tyda på att här skapar protoplaneter fåror som skjuter bort delar av damm och gas från deras banor samtidigt som materialet också blir en del av deras atmosfärer. I en tidigare studie av just den här stjärnans skiva visade man att glappen i stoftet och i gasen överlappar med varandra, vilket tyder på att minst två planeter har bildats där.

Dessa första observationer gav dock bara indicier och kunde inte användas för att uppskatta planeternas massor.

[4] Detta motsvarar avstånd på 80, 140 och 260 gånger avståndet mellan jorden och solen.

[5] Metoden liknar den som ledde till upptäckten under 1800-talet av planeten Neptunus. I det fallet kunde oförklarliga avvikelser i Uranus bana spåras till gravitationskrafterna från en okänd himlakropp som senare upptäcktes med teleskop 1846 och blev solsystemets åttonde planet.

Mer information

Forskningsresultaten publiceras i två artiklar i samma nummer av tidskriften Astrophysical Journal Letters. Den första har titel  “Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”, av C. Pinte m. fl. och den andra är “A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets” av R. Teague m. fl.

I Pintes forskarlag ingår C. Pinte (Monash University, Clayton, Victoria, Australien; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike), D. J. Price (Monash University, Clayton, Victoria, Australien), F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike), G. Duchêne (University of California, Berkeley California, USA; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike), 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) och D. Mentiplay (Monash University, Clayton, Victoria, Australien).

Teagues team består av 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, München, Tyskland) och Daniel Foreman-Mackey (Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA).

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 15 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Kontakter

Robert Cumming, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Onsala rymdobservatorium, Chalmers
Sverige
Tel: 0317725500
Mobil: 0704933114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

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

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

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

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1818, som tagits fram inom ramarna för ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer som fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Robert Cumming.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1818sv
Namn:HD 163296
Typ:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Protoplanetary
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array

Bilder

ALMA upptäcker tre nyfödda planeter
ALMA upptäcker tre nyfödda planeter
Planets in the making
Planets in the making
text på engelska
The young star HD 163296 in the constellation of Sagittarius
The young star HD 163296 in the constellation of Sagittarius
text på engelska
Surroundings of the young star HD 163296
Surroundings of the young star HD 163296
text på engelska
ALMA Discovers Trio of Infant Planets
ALMA Discovers Trio of Infant Planets
text på engelska

Videor

ESOcast 164 Light: ALMA Discovers Trio of Infant Planets (4K UHD)
ESOcast 164 Light: ALMA Discovers Trio of Infant Planets (4K UHD)
text på engelska
Zooming in on the young star HD 163296
Zooming in on the young star HD 163296
text på engelska

Se även