Astronomer som använder den kombinerade kraften hos två Hawaii-teleskop har tagit banbrytande, skarpa nya bilder av ett avlägset planetsystem som sannolikt liknar en babyversion av vårt solsystem.

Med hjälp av Subaru Telescope och W. M. Keck Observatory, teamet erhöll och analyserade data för en spädbarnssolliknande stjärna vid namn LkCa 15. Tidigare studier som använde en avancerad interferometrimetod hade dragit slutsatsen att tre spädbarnsplaneter kretsade runt denna stjärna. Dock, för denna metod, att bestämma exakt hur mycket ljus som kommer från en planet jämfört med andra källor som en skiva kan vara särskilt svårt. Nya Subaru och Keck Observatory data verkar lösa detta mysterium; det mesta av ljuset som man tror kommer från de tre kandidatplaneterna verkar härstamma från en skiva av gas och damm.

"LkCa 15 är ett mycket komplext system, sa Thayne Currie, huvudförfattare till studien och astrofysiker vid NASA-Ames Research Center och Subaru-teleskopet. "Innan vi analyserade våra Keck &Subaru-data och gav samma tidigare bländarmaskeringsdata, vi skulle också ha kommit fram till att LkCa 15 har tre upptäckta superjovianska planeter."

Teamets resultat kommer snart att publiceras i The Astrophysical Journal Letters .

LkCa 15 är omgiven av en massiv protoplanetarisk skiva gjord av gas och damm, som är planeternas byggstenar. Tidig analys av denna skiva visade att den har ett stort hålrum som är utarmat på damm - ett tecken på att mycket av skivmaterialet redan har införlivats i massiva, utveckla planetariska embryon, eller "protoplaneter". Medan studien utesluter mycket ljusa superjovianska planeter, Currie säger att det är troligt att svagare, mindre massiva planeter kan finnas i LkCa 15-systemet:kanske sådana som Jupiter och Saturnus.

"Planeterna i detta spädbarns solsystem kan faktiskt vara mycket mer som vårt eget solsystem än vad man tidigare trott. De finns säkert där någonstans, möjligen inbäddad i disken. Vi kommer att fortsätta att försöka hitta dem, sa Currie.

Metodik

Fynden gjordes med hjälp av högupplösta bilder av LkCa 15-systemet som erhållits från kompletterande instrument på Maunakea. Hos Subaru, forskare använde ett nytt banbrytande instrument för avbildning av planeter – Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO)-systemet kopplat till CHARIS integralfältspektrograf för att få extremt skarpa bilder vid nära-infraröda våglängder. Teamet använde också Keck Observatorys kraftfulla adaptiva optiksystem och Near-Infrared Camera (NIRC2) för att få nya skarpa bilder vid längre tid, termisk-infraröda våglängder där unga planeter avger mer ljus.

Teamet fick också en "före-och-efter"-vy av systemet genom att komma åt Keck Observatory Archive (KOA) för att hitta NIRC2-data tagna för LkCa 15 från 2009 – över åtta år före de senaste SCExAO/CHARIS- och NIRC2-bilderna. KOA är ett offentligt tillgängligt arkiv med all högvärdig data som erhållits vid observatoriet och drivs av Keck Observatory i samarbete med NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) vid Caltech.

De kombinerade data visade att det mesta av ljuset som omger LkCa 15 härstammar från en förlängd bågliknande struktur – den synliga kanten på en annan komponent av LkCa 15:s skiva. Denna båge har samma ljusstyrka som tidigare tillskrivits planeter runt LkCa 15.

De nästan decennium gamla KOA-data för LkCa 15 spelar en unik roll för att förstå detta planetsystem. Jämfört med nya data från Keck Observatory och Subaru Telescope, KOA-data visade också att ljus som emitteras från LkCa 15:s bågliknande struktur är statiskt under loppet av åtta år.

"Detta överensstämmer med en fast, skivliknande struktur. Utan KOA, vi skulle inte ha kunnat veta detta nyckelfaktum, sa Currie.

"Det är fantastiskt att se denna nya data från Keck och Subaru kombinerad med data från KOA, sa John O'Meara, chefsforskare vid Keck Observatory. "Detta resultat visar vikten av KOA, och är en bra demonstration av hur nya upptäckter kan göras med "gamla" data."

Nästa steg

Teamet kommer att fortsätta sitt sökande efter protoplaneter i LkCa 15, eftersom det allmänt anses vara ett utmärkt laboratorium för att studera planetbildning. Även om det kommer att vara utmanande att hitta dessa skymda planeter och separera deras ljus från LkCa 15:s skiva, det finns en tydlig väg framåt.

Nyligen, Keck Observatory har avsevärt förbättrat planetbildskapaciteten hos NIRC2 som en del av projektet Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). Systemet var utrustat med en ny kamera för att bättre skärpa bilder av rött, svag, avlägsna stjärnor som LkCa 15 och coronagraphs för att bättre blockera bländningen av stjärnljus som hindrar oss från att lätt se planeter.

Liknande, SCExAO uppgraderas också ytterligare med ytterligare kameror för att bättre identifiera svagare planeter nära deras stjärnor. Dessa förbättringar kan tillåta KPIC och SCExAO att se svaga Jupiter-liknande planeter på Saturnus-liknande banor som rör sig mot bakgrunden av LkCa 15:s skiva.

Längre fram i tiden, en efterträdare till SCExAO och KPIC på det kommande Thirty Meter Telescope på Maunakea – Planetary Systems Imager – skulle kunna avbilda och karakterisera ännu lägre massa, svagare planeter runt LkCa 15 på Mars-till-Jupiter-liknande banor.

Toppmoderna planetavbildningsinstrument som SCExAO och KPIC "öppnar dörren för att bättre förstå ursprunget och utvecklingen av planetsystem, och om vårt eget solsystems historia är vanlig eller sällsynt, " sa Motohide Tamura, chefen för Astrobiology Center of National Institutes of Natural Sciences i Japan och medförfattare till denna studie.