Przez dziesięciolecia najszerzej akceptowanym poglądem na to, jak powstał nasz Układ Słoneczny, była hipoteza mgławicowa. Zgodnie z tą teorią Słońce, planety i wszystkie inne obiekty w Układzie Słonecznym powstały z mgławego materiału miliardy lat temu. Pył ten doświadczył załamania grawitacyjnego w centrum, tworząc nasze Słońce, podczas gdy reszta materiału utworzyła pierścień gruzów okołogwiazdowych, który połączył się tworząc planety.
Dzięki opracowaniu nowoczesnych teleskopów astronomowie mogli sondować inne układy gwiazd w celu przetestowania tej hipotezy. Niestety w większości przypadków astronomowie byli w stanie obserwować pierścienie szczątków wokół gwiazd z śladami formujących się planet. Dopiero niedawno zespół europejskich astronomów był w stanie uchwycić obraz nowonarodzonej planety, pokazując w ten sposób, że pierścienie gruzowe są rzeczywiście miejscem narodzin planet.
Badania zespołu ukazały się w dwóch artykułach, które zostały niedawno opublikowane Astronomia i astrofizyka, zatytułowany „Odkrycie towarzysza masy planetarnej w szczelinie dysku przejściowego wokół PDS 70” oraz „Charakterystyka orbitalna i atmosferyczna planety w szczelinie dysku przejściowego PDS 70”. Zespół odpowiedzialny za oba badania obejmował członka Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka (MPIA), a także liczne obserwatoria i uniwersytety.
Na potrzeby badań zespoły wybrały PDS 70b, planetę odkrytą w odległości 22 jednostek astronomicznych (AU) od swojej gwiazdy macierzystej, która uważana była za nowo powstałe ciało. W pierwszym badaniu - pod kierownictwem Miriam Keppler z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka - zespół wskazał, w jaki sposób badali dysk protoplanetarny wokół gwiazdy PDS 70.
PDS 70 jest małą masą gwiazdy T Tauri zlokalizowanej w gwiazdozbiorze Centaura, około 370 lat świetlnych od Ziemi. Badanie to zostało wykonane przy użyciu archiwalnych zdjęć w paśmie bliskiej podczerwieni wykonanych za pomocą spektroskopowo-polarymetrycznego instrumentu do badań egzoplanetowych o wysokim kontraście (SPHERE) na bardzo dużym teleskopie ESO (VLT) i obrazowaniu koronograficznym bliskiej podczerwieni na południowym teleskopie Gemini .
Korzystając z tych instrumentów, zespół dokonał pierwszego dokładnego wykrycia młodej planety (PDS 70b) krążącej w szczelinie w protoplanetarnym dysku swojej gwiazdy i zlokalizowanej w odległości około trzech miliardów kilometrów (1,86 miliarda mil) od swojej gwiazdy centralnej - mniej więcej w tej samej odległości między Uranem i słońce. W drugim badaniu prowadzonym przez Andre Mullera (również z MPIA) zespół opisuje, w jaki sposób wykorzystali instrument SPHERE do pomiaru jasności planety przy różnych długościach fal.
Na podstawie tych danych udało im się ustalić, że PDS 70b jest gazowym gigantem, który ma około dziewięciu mas Jowisza i temperaturę powierzchni około 1000 ° C (1832 ° F), co czyni go szczególnie „gorącym super Jowiszem”. Planeta musi być młodsza niż gwiazda macierzysta i prawdopodobnie wciąż rośnie. Dane wskazują również, że planeta jest otoczona chmurami, które zmieniają promieniowanie emitowane przez jądro planetarne i jego atmosferę.
Dzięki zastosowanym zaawansowanym instrumentom zespół mógł również uzyskać obraz planety i jej układu. Jak widać na obrazku (opublikowanym u góry) i na filmie poniżej, planeta jest widoczna jako jasny punkt na prawo od poczerniałego środka obrazu. Ten ciemny obszar jest spowodowany korprafią, która blokuje światło gwiazdy, aby zespół mógł wykryć znacznie słabszego towarzysza.
Jak powiedziała Miriam Keppler, doktorantka w MPIA w niedawnym oświadczeniu prasowym ESO:
„Te dyski wokół młodych gwiazd są miejscem narodzin planet, ale jak dotąd tylko garstka obserwacji wykryła w nich ślady planet małych. Problem polega na tym, że do tej pory większość z tych kandydatów na planetę mogła po prostu zawierać elementy na dysku. ”
Oprócz zauważenia młodej planety, zespoły badawcze zauważyły również, że wyrzeźbił protoplanetarny dysk krążący wokół gwiazdy. Zasadniczo orbita planety po zgromadzeniu z niej materiału prześledziła gigantyczną dziurę w środku dysku. Oznacza to, że PDS 70b nadal znajduje się w pobliżu miejsca urodzenia, prawdopodobnie nadal gromadzi materiał i będzie nadal się rozwijać i zmieniać.
Przez dziesięciolecia astronomowie zdawali sobie sprawę z tych luk w dysku protoplanetarnym i spekulowali, że zostały one wyprodukowane przez planetę. Teraz mają wreszcie dowody na poparcie tej teorii. Jak wyjaśnił André Müller:
“Wyniki Kepplera dają nam nowe okno na złożone i słabo poznane wczesne etapy ewolucji planet. Musieliśmy obserwować planetę na dysku młodej gwiazdy, aby naprawdę zrozumieć procesy powstawania planet.“
Badania te będą dobrodziejstwem dla astronomów, szczególnie jeśli chodzi o teoretyczne modele formowania się i ewolucji planet. Określając właściwości atmosferyczne i fizyczne planety, astronomowie byli w stanie przetestować kluczowe aspekty hipotezy Mgławicy. Odkrycie tej młodej, pokrytej pyłem planety nie byłoby możliwe, gdyby nie możliwości instrumentu SPHERE ESO.
Ten instrument bada egzoplanety i dyski wokół pobliskich gwiazd przy użyciu techniki znanej jako obrazowanie o wysokim kontraście, ale także opiera się na zaawansowanych strategiach i technikach przetwarzania danych. Oprócz blokowania światła gwiazdą za pomocą koronografu, SPHERE jest w stanie odfiltrować sygnały słabych towarzyszy planet wokół jasnych młodych gwiazd o różnych długościach fal i epokach.
Jak stwierdził prof. Thomas Henning - dyrektor MPIA, niemiecki współbadacz instrumentu SPHERE i starszy autor dwóch badań - w najnowszym komunikacie prasowym MPIA:
„Po dziesięciu latach opracowywania nowych potężnych instrumentów astronomicznych, takich jak SPHERE, odkrycie to pokazuje nam, że w końcu jesteśmy w stanie znaleźć i badać planety w czasie ich powstawania. To spełnienie długo pielęgnowanego marzenia. ”
Przyszłe obserwacje tego systemu pozwolą również astronomom przetestować inne aspekty modeli formowania się planet i poznać wczesną historię układów planetarnych. Dane te posłużą także do ustalenia, jak ukształtował się i ewoluował nasz Układ Słoneczny w jego wczesnej historii.
