370 fényévre tőlünk egy naprendszer bababolygókat készít. Az egész középpontjában álló csillag fiatal, mindössze 6 millió éves. A babái pedig két hatalmas bolygó, valószínűleg mindkét gázóriás, amelyek a csillag körüli napkorongról származó gáznemű anyagokat táplálják.
Ebben a rendszerben a gazdacsillagot PDS 70-nek hívják. A PDS 70 valamivel kisebb és kisebb tömegű, mint a mi Napunk, és még mindig magát az anyagot akkumulálja. Ez a fiatal sztár a T Tauri csillag, ami alapvetően azt jelenti, hogy nagyon fiatalok és még csak most kezdik az életet. Mivel nagyon fiatal, a bolygók még mindig kialakulóban vannak körülötte. És a csillagászok még csak most kezdenek rájönni, hogy a születőben lévő bolygók még mindig kialakulnak.
'Ez az első egyértelmű észlelés egy kétbolygós rendszerről, amely lemezrést vájt.'
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
A fiatal, még formálódó bolygók képeit az teszi érdekessé, hogy bizonyítékok alátámasztják régóta fennálló elméletünket arról, hogyan alakulnak ki a bolygók a fiatal naprendszerekben. Ezt az elméletet az úgynevezett Nebuláris hipotézis és ez már évtizedek óta létezik, de az ezt alátámasztó megfigyelési bizonyítékok nélkül.
A nebuláris hipotézis
A csillagok masszív, többnyire hidrogénből álló felhőkből alakulnak ki molekuláris felhők . A molekulafelhők gravitációs szempontból instabilak, és a gáz hajlamos összetapadni. Végül az egyik ilyen csomó hógolyózni kezd, és egyre nagyobb és nagyobb lesz. Ennek során a felhő úgy ellaposodik, mint egy palacsinta, forogni kezd, és amikor a központi csomó kellően sűrűsödik, fúzióssá gyullad, és csillag születik. Sok csillag kettős rendszerben van, amikor két csillag keletkezik a molekulafelhőből.
De a középpontban lévő csillag nem az egyetlen csomó. Más, kisebb csomók keletkeznek a forgó gázban, és ezek bolygókká alakulhatnak. Néhány gáznemű bolygó, mint például a Jupiter és a Szaturnusz a saját Naprendszerünkben, nagyon nagyra nőhet. (A csillagászok a Jupitert és a Szaturnuszt néha „elbukott csillagoknak” nevezik, mert úton voltak afelé, hogy csillagokká váljanak, de nem tudtak egészen eljutni oda.)
Ha le tudná állítani a folyamatot, egy fiatal csillagot látna egy lapos, forgó gázfelhő közepén. De a gázban gyűrű alakú rések láthatók, ahol a bolygók azzal vannak elfoglalva, hogy felsöprik az anyagot, és nos, bolygókká válnak. Ezt a folyamatot akkréciónak nevezik. És ez már nem egy molekulafelhő, ma már „protoplanetáris korongnak” hívják, mert korong alakú, és protobolygók képződnek benne.
És pontosan ezt látják a csillagászok.
Az ALMA eddigi legjobb protoplanetáris lemezképe. A közeli fiatal csillag, TW Hydrae képén láthatóak a klasszikus gyűrűk és rések, amelyek azt jelzik, hogy bolygók alakulnak ki ebben a rendszerben. Köszönetnyilvánítás: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Látni a tényleges bolygókat
Az a klassz ezeken az új képeken, hogy nemcsak a réseket és gyűrűket láthatjuk, amelyek egy bolygó jelenlétét jelzik, hanem magukat a tényleges bolygókat is. És ez csak a második alkalom, hogy bizonyosan két bolygó rendszert látunk, amely réseket hagy a lemezen. (Egy négybolygós rendszer, az ún HR 8799 2008-ban készült.)
'Nagyon meglepődtünk, amikor megtaláltuk a második bolygót.'
Sebastiaan Haffert, vezető szerző, Leideni Obszervatórium.
'Ez az első egyértelmű észlelés egy kétbolygós rendszerről, amely lemezrést vájt' - mondta Julien Girard, a baltimore-i Space Telescope Science Institute munkatársa.
Ebben új tanulmány június 3-i számában jelent meg Természetcsillagászat , a csillagászok csapata a MUSE spektrográf az Európai Déli Obszervatórium nagyon nagy teleszkópján (VLT.)
A protoplanetáris lemez belsejébe látás nehéz feladat. Nemcsak a csillag igazán fényes, uralja a képet, de a korongban lévő összes gáz és por blokkolhatja a formálódó bolygókról érkező fényt. A MUSE műszer képes a felhőben lévő hidrogén által kibocsátott fényre zárni, ami annak a jele, hogy a hidrogén felhalmozódik a még formálódó bolygókba.
„Nagyon meglepődtünk, amikor megtaláltuk a második bolygót” – mondta Sebastiaan Haffert, a Leideni Obszervatórium munkatársa, a lap vezető szerzője.
„Olyan létesítményekkel, mint pl LÉLEK , Hubble vagy nagyméretű, adaptív optikájú, földi optikai teleszkópok gyűrűkkel és résekkel ellátott lemezeket látunk mindenhol. A nyitott kérdés az volt, hogy vannak ott bolygók? Ebben az esetben a válasz igen” – magyarázta Girard.
A csillagászok sok olyan korongot észleltek, amelyeken visszajelző rések vannak, de nagyon nehéz volt megtalálni azokat a bolygókat, amelyek ezeket a hézagokat létrehozzák. Ez a kép az ALMA közeli protoplanetáris lemezekről készült nagyfelbontású képeinek gyűjteménye, amelyek a Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) eredményei. Köszönetnyilvánítás: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
A csapat a PDS 70c nevű bolygót észlelte. (Ugyanabban a rendszerben egy másik bolygó, a PDS 70b volt először kiszúrták körülbelül egy éve.)
Az új bolygó, a PDS 70c a korong külső széle közelében található, és körülbelül 3,3 milliárd mérföldre van a csillagtól. Ez körülbelül akkora távolság, mint a Neptunusz a Naptól. A csillagászok csak előzetes becslésekkel rendelkeznek a bolygó tömegére vonatkozóan, de becsléseik szerint a PDS 70c 1-10-szer akkora tömegű, mint a Jupiter.
A korábban felfedezett bolygó, a PDS 70b körülbelül 2 milliárd mérföldre van a csillagtól, nagyjából ugyanannyira, mint a Naprendszerünkben az Uránusz. Tömege 4-17-szerese a Jupiter tömegének.
A PDS 70 csak a második többbolygós rendszer, amelyről közvetlenül leképezhető. Az adaptív optika és az adatfeldolgozás kombinációjával a csillagászok ki tudták kapcsolni a központi csillag fényét (amelyet fehér csillag jelöl), és így két keringő exobolygót tártak fel. A PDS 70 b (bal alsó) 4-17-szer akkora, mint a Jupiter, míg a PDS 70 c (jobb felső) 1-10-szer akkora, mint a Jupiter. A kép forrása: ESO és S. Haffert (Leiden Obszervatórium)
Most Várunk. A James Webb teleszkóp számára
A MUSE spektrográf számára egyfajta szerencsés baleset, ha képeket készítenek ezekről a fiatal exobolygókról. A műszert eredetileg galaxisok és csillaghalmazok tanulmányozására fejlesztették ki. De mint kiderült, jó az exobolygók észlelésére a kialakulás folyamatában. És ez a baleset segített áthelyezni a köd hipotézist a hipotézisből az elfogadott elméletbe.
„Ez az új megfigyelési mód galaxisok és csillaghalmazok nagyobb térbeli felbontású tanulmányozására fejlesztették ki. Ez az új mód azonban alkalmassá teszi az exobolygó-képalkotásra is, ami nem volt a MUSE műszer eredeti tudományos meghajtója” – mondta Haffert.
A jövőben (a jövő, amely egyre késik) a James Webb űrteleszkóp (JWST) elősegíti az ezeken a korongokon kialakuló fiatal bolygók tanulmányozását. Amint a fejlett űrteleszkóp végtelen várakozása véget ér, teljesítményének lehetővé kell tennie a csillagászok számára, hogy nullázzák le a felhalmozódó hidrogén által kibocsátott nagyon meghatározott hullámhosszú fényt.
A James Webb Űrteleszkóp elsődleges tükre, teljes csillogó dicsőségében! Kép: NASA/Chris Gunn
Ez azt jelenti, hogy a tudósok képesek lesznek megmérni a korongban lévő hidrogéngáz hőmérsékletét, valamint sűrűségét. Mindkét dolog ismerete segíteni fog nekünk abban, hogy valóban megértsük, hogyan keletkeznek a gázóriás bolygók.
De egyelőre legalább vannak képeink a bolygókról, és amikor a csillagászok kinéznek a galaxisba, és meglátják ezeket a fiatal csillagrendszereket, valamint a korongok réseit, biztosak lehetnek benne, hogy valóban vannak bolygók.