Podczas poszukiwania planet pozasłonecznych astronomowie najczęściej polegają na szeregu technik pośrednich. Spośród nich metoda tranzytowa (aka. Fotometria tranzytowa) i metoda prędkości radialnej (aka. Spektroskopia dopplerowska) są dwiema najbardziej skutecznymi i niezawodnymi (zwłaszcza w połączeniu). Niestety bezpośrednie obrazowanie jest rzadkie, ponieważ bardzo trudno jest dostrzec słabą egzoplanetę pośród blasku gwiazdy macierzystej.
Jednak ulepszenia w interferometrach radiowych i obrazowaniu w bliskiej podczerwieni pozwoliły astronomom sfotografować dyski protoplanetarne i ustalić orbity egzoplanet. Korzystając z tej metody, międzynarodowy zespół astronomów zarejestrował niedawno obrazy nowo powstającego układu planetarnego. Badając luki i struktury pierścieniowe tego systemu, zespół był w stanie postawić hipotezę o możliwym rozmiarze egzoplanety.
Badanie, zatytułowane „Pierścienie i luki w krążku wokół Elias 24 ujawnione przez ALMA”, niedawno ukazało się w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society. Zespół był kierowany przez Giovanniego Dipierro, astrofizyka z University of Leicester, i obejmował członków Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Joint ALMA Observatory, National Radio Astronomy Observatory, Max-Planck Institute for Astronomy, oraz wiele uniwersytetów i instytutów badawczych.
W przeszłości pierścienie pyłu były identyfikowane w wielu układach protoplanetarnych, a ich pochodzenie i związek z formacją planetarną są przedmiotem wielu dyskusji. Z jednej strony mogą być wynikiem gromadzenia się pyłu w niektórych regionach, niestabilności grawitacyjnej, a nawet zmian właściwości optycznych pyłu. Alternatywnie, mogą być wynikiem planet, które już się rozwinęły, co powoduje rozproszenie pyłu podczas jego przechodzenia.
Jak wyjaśnili Dipierro i jego koledzy w swoim badaniu:
„Alternatywny scenariusz przywołuje dyski, które są dynamicznie aktywne, w których planety już się uformowały lub są w trakcie formowania. Wbudowana planeta będzie wzbudzać fale gęstości w otaczającym dysku, które następnie rozpraszają ich moment pędu podczas rozpraszania. Jeśli planeta jest wystarczająco masywna, wymiana momentu pędu między falami wytworzonymi przez planetę i dysk powoduje powstanie pojedynczej lub wielu szczelin, których cechy morfologiczne są ściśle związane z warunkami lokalnego dysku i właściwościami planety. ”
Na potrzeby badań zespół wykorzystał dane z obserwacji cyklu 2 Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) - które rozpoczęły się w czerwcu 2014 roku. W ten sposób udało im się zobrazować pył wokół Elias 24 o rozdzielczości około 28 AU (tj. 28-krotna odległość między Ziemią a Słońcem). Znaleźli dowody na istnienie szczelin i pierścieni, które mogą wskazywać na orbitującą planetę.
Na tej podstawie zbudowali model układu, który uwzględnił masę i lokalizację tej potencjalnej planety oraz sposób, w jaki rozkład i gęstość pyłu spowodowałyby jego ewolucję. Jak wskazują w swoich badaniach, ich model dość dobrze odtwarza obserwacje pierścienia pyłu i przewiduje obecność gazowego giganta podobnego do Jowisza w ciągu czterdziestu czterech tysięcy lat:
„Stwierdzamy, że emisja pyłu przez dysk jest zgodna z obecnością zatopionej planety o masie? 0,7? Mjot w promieniu orbity? 60? Au… Mapa jasności powierzchni naszego modelu dysku zapewnia rozsądne dopasowanie do struktur szczelinowych i pierścieniowych zaobserwowanych w Elias 24, przy średniej rozbieżności wynoszącej około 5% procent zaobserwowanych strumieni wokół obszaru szczeliny. ”
Wyniki te potwierdzają wniosek, że szczeliny i pierścienie zaobserwowane w szerokiej gamie młodych dysków okołogwiazdowych wskazują na obecność orbitujących planet. Jak wskazał zespół, jest to zgodne z innymi obserwacjami dysków protoplanetarnych i może pomóc rzucić światło na proces formowania się planet.
„Obraz, jaki wyłania się z niedawnych obserwacji wysokiej rozdzielczości i wysokiej czułości dysków protoplanetarnych, pokazuje, że szczeliny i cechy podobne do pierścieni występują w szerokim zakresie dysków o różnych masach i różnym wieku” - podsumowują. „Nowe obrazy ALMA o wysokiej rozdzielczości i dokładności dotyczące termicznego zapylenia i emisji linii CO oraz danych rozpraszania wysokiej jakości pomogą w znalezieniu dalszych dowodów na mechanizmy ich powstawania.”
Jednym z najtrudniejszych wyzwań, jeśli chodzi o badanie powstawania i ewolucji planet, jest fakt, że astronomowie tradycyjnie nie byli w stanie zobaczyć procesów w akcji. Ale dzięki ulepszeniom instrumentów i możliwości badania układów gwiazd pozasłonecznych astronomowie mogli zobaczyć układy w różnych punktach procesu formowania.
To z kolei pomaga nam dopracować nasze teorie o tym, jak powstał Układ Słoneczny i może pewnego dnia pozwolić nam dokładnie przewidzieć, jakie rodzaje układów mogą powstać w młodych układach gwiezdnych.
