Nya skarpa observationer har avslöjat slående egenskaper hos planetbildande skivor runt unga stjärnor. SPHERE -instrumentet, monterad på ESO:s Very Large Telescope, har gjort det möjligt att observera den komplexa dynamiken hos unga solsystem. De nyligen publicerade resultaten från tre team av astronomer visar upp SPHEREs imponerande förmåga att fånga hur planeter skulpterar skivorna som bildar dem – och exponerar komplexiteten i den miljö där nya världar bildas.

Tre team av astronomer har använt sig av SPHERE, ett avancerat exoplanetjaktinstrument på Very Large Telescope (VLT) vid ESO:s Paranal Observatory, för att belysa den gåtfulla utvecklingen av nya planetsystem. Explosionen av antalet kända exoplaneter de senaste åren har gjort studiet av dem till ett av de mest dynamiska fälten inom modern astronomi.

Idag är det känt att planeter bildas från stora skivor av gas och damm som omger nyfödda stjärnor, känd som protoplanetära skivor. Dessa kan sträcka sig över tusentals miljoner kilometer. Över tid, partiklarna i dessa protoplanetära skivor kolliderar, kombineras och så småningom byggas upp till kroppar i planetstorlek. Dock, de finare detaljerna i utvecklingen av dessa planetbildande skivor förblir mystiska.

SPHERE är ett nyligen tillskott till VLT:s utbud av instrument och med sin kombination av nya teknologier, det ger en kraftfull metod för att direkt avbilda de fina detaljerna i protoplanetära skivor. Samspelet mellan protoplanetära skivor och växande planeter kan forma skivorna i olika former:stora ringar, spiralarmar eller skuggade tomrum. Dessa är av särskilt intresse eftersom en entydig länk mellan dessa strukturer och de skulpterande planeterna ännu inte finns; ett mysterium astronomer är angelägna om att lösa. Lyckligtvis, SPHEREs specialiserade kapacitet gör det möjligt för forskarlag att direkt observera dessa slående egenskaper hos protoplanetära skivor.

Till exempel, RX J1615 är en ung stjärna, som ligger i stjärnbilden Scorpius, 600 ljusår från jorden. Ett team ledd av Jos de Boer, från Leiden Observatory i Nederländerna, hittade ett komplext system av koncentriska ringar som omger den unga stjärnan, bildar en form som liknar en titanisk version av ringarna som omger Saturnus. En sådan intrikat skulptering av ringar i en protoplanetarisk skiva har bara avbildats en handfull gånger tidigare, och ännu mer spännande, hela systemet verkar bara vara 1,8 miljoner år gammalt. Skivan visar antydningar om att vara formad av planeter som fortfarande håller på att bildas.

Åldern på den nyligen upptäckta protoplanetariska skivan gör RX J1615 till ett enastående system, eftersom de flesta andra exempel på protoplanetära skivor som hittills upptäckts är relativt gamla eller utvecklade. De Boers oväntade resultat upprepades snabbt av resultaten av ett team ledd av Christian Ginski, även från Leiden Observatory. De observerade den unga stjärnan HD 97048, belägen i konstellationen Chamaeleon, cirka 500 ljusår från jorden. Genom noggrann analys, de fann att den unga skivan runt denna stjärna också har formats till koncentriska ringar. Symmetrin mellan dessa två system är ett överraskande resultat, eftersom de flesta protoplanetära system innehåller en mängd asymmetriska spiralarmar, tomrum och virvlar. Dessa upptäckter ökar markant antalet kända system med flera mycket symmetriska ringar.

Ett särskilt spektakulärt exempel på den vanligare asymmetriska skivan fångades av en grupp astronomer under ledning av Tomas Stolker från Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Nederländerna. Denna skiva omger stjärnan HD 135344B, cirka 450 ljusår bort. Även om denna stjärna tidigare har studerats väl, SPHERE tillät laget att se stjärnans protoplanetära skiva mer detaljerat än någonsin tidigare. Den stora centrala kaviteten och två framträdande spiralarmsliknande strukturer tros ha skapats av en eller flera massiva protoplaneter, avsedda att bli Jupiter-liknande världar.

Dessutom, fyra mörka streck, tydligen skuggor som kastas av materialrörelser inom HD 135344B:s skiva, observerades. Anmärkningsvärt, en av ränderna märkbart förändrades under månaderna mellan observationsperioder:ett sällsynt exempel på att observera planetarisk utveckling sker i realtid, antyder förändringar som inträffar i de inre skivområdena som inte direkt kan detekteras av SPHERE. Förutom att producera vackra bilder, dessa flimrande skuggor ger ett unikt sätt att undersöka dynamiken i de innersta skivområdena.

Som med de koncentriska ringarna som de Boer och Ginski hittade, Dessa observationer från Stolkers team bevisar att den komplexa och föränderliga miljön hos skivorna som omger unga stjärnor fortfarande kan producera överraskande nya upptäckter. Genom att bygga en imponerande mängd kunskap om dessa protoplanetära skivor, dessa team går närmare att förstå hur planeter formar skivorna som bildar dem - och därför förstå själva planetbildningen.