Bei der Suche nach außersolaren Planeten verlassen sich Astronomen meist auf eine Reihe indirekter Techniken. Von diesen sind die Transitmethode (auch bekannt als Transitphotometrie) und die Radialgeschwindigkeitsmethode (auch bekannt als Dopplerspektroskopie) die beiden effektivsten und zuverlässigsten (insbesondere in Kombination). Leider ist eine direkte Bildgebung selten, da es sehr schwierig ist, einen schwachen Exoplaneten inmitten der Blendung seines Wirtssterns zu erkennen.
Verbesserungen bei Funkinterferometern und der Nahinfrarot-Bildgebung haben es Astronomen jedoch ermöglicht, protoplanetare Scheiben abzubilden und auf die Umlaufbahnen von Exoplaneten zu schließen. Mit dieser Methode hat ein internationales Team von Astronomen kürzlich Bilder eines sich neu bildenden Planetensystems aufgenommen. Durch die Untersuchung der Lücken und ringartigen Strukturen dieses Systems konnte das Team die mögliche Größe eines Exoplaneten annehmen.
Die Studie mit dem Titel „Ringe und Lücken in der Scheibe um Elias 24, die von ALMA aufgedeckt wurde“ erschien kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Das Team wurde von Giovanni Dipierro, einem Astrophysiker der Universität Leicester, geleitet und bestand aus Mitgliedern des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA), des Joint ALMA Observatory, des National Radio Astronomy Observatory und des Max-Planck-Instituts für Astronomie. und mehrere Universitäten und Forschungsinstitute.
In der Vergangenheit wurden in vielen protoplanetaren Systemen Staubringe identifiziert, und ihre Ursprünge und ihre Beziehung zur Planetenbildung sind Gegenstand vieler Debatten. Einerseits können sie das Ergebnis von Staubansammlungen in bestimmten Regionen, von Gravitationsinstabilitäten oder sogar von Schwankungen der optischen Eigenschaften des Staubes sein. Alternativ könnten sie das Ergebnis bereits entwickelter Planeten sein, die dazu führen, dass sich der Staub beim Durchgang auflöst.
Wie Dipierro und seine Kollegen in ihrer Studie erklärten:
„Das alternative Szenario ruft dynamisch aktive Scheiben auf, in denen sich bereits Planeten gebildet haben oder sich gerade bilden. Ein eingebetteter Planet regt Dichtewellen in der umgebenden Scheibe an, die dann ihren Drehimpuls ablagern, wenn sie sich auflösen. Wenn der Planet massiv genug ist, führt der Austausch des Drehimpulses zwischen den vom Planeten erzeugten Wellen und der Scheibe zur Bildung einer einzelnen oder mehrerer Lücken, deren morphologische Merkmale eng mit den lokalen Scheibenbedingungen und den Planeteneigenschaften verbunden sind. “
Für ihre Studie verwendete das Team Daten aus den Beobachtungen des Atacama Large Millimeter / Sub-Millimeter Array (ALMA) -Zyklus 2, die bereits im Juni 2014 begannen. Auf diese Weise konnten sie den Staub um Elias 24 abbilden mit einer Auflösung von ca. 28 AE (dh 28-facher Entfernung zwischen Erde und Sonne). Was sie fanden, waren Hinweise auf Lücken und Ringe, die ein Hinweis auf einen umlaufenden Planeten sein könnten.
Daraus konstruierten sie ein Modell des Systems, das die Masse und den Standort dieses potenziellen Planeten sowie die Entwicklung des Staubes durch die Verteilung und Dichte des Staubes berücksichtigte. Wie sie in ihrer Studie angedeutet haben, reproduziert ihr Modell die Beobachtungen des Staubrings recht gut und sagte die Anwesenheit eines Jupiter-ähnlichen Gasriesen innerhalb von vierundvierzigtausend Jahren voraus:
„Wir stellen fest, dass die Staubemission über die Scheibe mit der Anwesenheit eines eingebetteten Planeten mit einer Masse von 0,7 M übereinstimmtJ. bei einem Umlaufradius von? 60? Au… Die Oberflächenhelligkeitskarte unseres Scheibenmodells bietet eine angemessene Übereinstimmung mit den in Elias 24 beobachteten lücken- und ringartigen Strukturen mit einer durchschnittlichen Diskrepanz von 5% der beobachteten Flüsse um den Spaltbereich. ”
Diese Ergebnisse bestätigen die Schlussfolgerung, dass die Lücken und Ringe, die bei einer Vielzahl junger zirkumstellarer Scheiben beobachtet wurden, auf das Vorhandensein umlaufender Planeten hinweisen. Wie das Team angedeutet hat, stimmt dies mit anderen Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben überein und könnte dazu beitragen, den Prozess der Planetenbildung zu beleuchten.
"Das Bild, das sich aus den jüngsten hochauflösenden und hochempfindlichen Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben ergibt, ist, dass Lücken und ringartige Merkmale in einer Vielzahl von Scheiben mit unterschiedlichen Massen und Altersgruppen vorherrschen", schließen sie. "Neue hochauflösende und hochauflösende ALMA-Bilder der Staubwärme- und CO-Linienemission sowie hochqualitative Streudaten werden hilfreich sein, um weitere Beweise für die Mechanismen zu finden, die hinter ihrer Bildung stehen."
Eine der größten Herausforderungen bei der Untersuchung der Entstehung und Entwicklung von Planeten ist die Tatsache, dass Astronomen die Prozesse traditionell nicht in Aktion sehen konnten. Dank der Verbesserung der Instrumente und der Fähigkeit, außersolare Sternensysteme zu untersuchen, konnten Astronomen Systeme an verschiedenen Punkten des Entstehungsprozesses sehen.
Dies wiederum hilft uns, unsere Theorien über die Entstehung des Sonnensystems zu verfeinern, und kann uns eines Tages ermöglichen, genau vorherzusagen, welche Arten von Systemen sich in jungen Sternensystemen bilden können.
