Astronomer har upptäckt en sällsynt, värma, en massiv Jupiter-liknande planet som kretsar kring en stjärna som roterar extremt snabbt. Upptäckten väcker förbryllande frågor om planetbildning – varken planetens förhållandevis lilla massa eller dess stora avstånd från värdstjärnan förväntas enligt nuvarande modeller. Observationerna som ledde till upptäckten gjordes med hjälp av SPHERE-instrumentet vid ESO:s mycket stora teleskop. Artikeln som beskriver resultaten har godkänts för publicering i tidskriften Astronomi &Astrofysik .

Omskrivning av Isaac Asimov, vetenskapliga framsteg tillkännages inte så mycket av "Eureka!" än med "Hm, det här är konstigt!" Det nyupptäckta planetsystemet HIP 65426 är ett exempel:Med en central stjärna i ultrasnabb rotation, frånvaron av en gasskiva man skulle ha förväntat sig för ett system som är 14 miljoner år gammalt och en jämförelsevis lätt, avlägsen planet, systemet passar inte riktigt de befintliga modellerna för hur planetsystem kommer till.

Planeter bildas i gigantiska skivor av gas och damm som omger unga stjärnor. I de unga planetsystem som hittills har hittats, inklusive alla de som observerats med SPHERE-instrumentet, rester av skivan är vanligtvis fortfarande synliga. Det finns en viss grad av korrelation i massa:massiva stjärnor tenderar att ha mer massiva skivor, bildar mer massiva planeter.

Ange HIP 65426b, en planet som nyligen upptäckts av en grupp astronomer som inkluderar forskare från Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), och dess värdsystem. HIP 65426b upptäcktes med SPHERE-instrumentet vid Very Large Telescope vid ESO:s Paranal-observatorium i Chile, som tog en direkt bild av planeten. Den centrala stjärnan, HIP 65426, är en del av vad som kan kallas en stjärndagis:Scorpius-Centaurus-föreningen som innehåller mellan 3000 och 5000 stjärnor som bildades ungefär samtidigt, på ett avstånd av nästan 400 ljusår från jorden. Att tillämpa vanliga astronomiska tekniker för att dejta stjärnor både till HIP 65426 individuellt och till dess stjärngrannar, det följer att HIP 65426 bara är cirka 14 miljoner år gammal.

Gael Chauvin vid universitetet i Grenoble och universitetet i Chile, huvudförfattaren till studien, säger:"Vi förväntar oss att ett planetsystem så här unga fortfarande har en dammskiva, som kunde visa sig i observationer. HIP 65426 har inte en sådan skiva känd för tillfället – en första indikation på att detta system inte riktigt passar våra klassiska modeller av planetbildning."

En ovanlig planet

Det finns, dock, planeten HIP 65426b. Att jämföra de direkta observationerna med lämpliga modeller, HIP 65426b är en varm Jupiter-liknande planet, med en temperatur på cirka 1300-1600 Kelvin (1000-1300 grader Celsius), ungefär 1,5 gånger Jupiters radie, och mellan 6 och 12 gånger Jupiters massa. Detta skulle göra HIP 65426b till en gasjätte, som Jupiter, med en fast kärna och tjocka lager av (mest vätgas) gas. Verkligen, spektralundersökningar med SPHEREs spektrograf indikerar närvaron av vattenånga och rödaktiga moln, liknande Jupiters. Planeten är långt borta, kretsar kring sin värdstjärna på 100 astronomiska enheter (100 gånger det genomsnittliga avståndet jord-sol, och mer än tre gånger Neptunus avstånd från solen).

På nytt, detta representerar olika nivåer av udda:Stjärnor av typen HIP 65426 (spektralklass A2V) förväntas ha ungefär två gånger solens massa; det har länge antagits att en sådan stjärna skulle ha mycket mer massiva jätteplaneter än de 6-12 Jupitermassorna på HIP 65426b. Å andra sidan, sådana jätteplaneter skulle inte förväntas så långt ut som HIP 65426b.

Sist men inte minst, värdstjärnan HIP 65426 är speciell, likaså:Enligt spektra tagna med ESO:s HARPS-spektrograf, den roterar ungefär 150 gånger så snabbt som solen. Det finns bara en annan stjärna av liknande typ som roterar lika snabbt, och att man är en del av ett binärt stjärnsystem. I ett sådant system, materiaöverföring från en stjärna till den andra kan snurra upp den mottagande stjärnan. Hur en enda stjärna kunde ha ökat så mycket kräver en förklaring.

Ursprunget till HIP 654426b:ett systemomfattande drama?

Än så länge, astronomerna kan bara spekulera om ursprunget till det nyupptäckta systemets säregna egenskaper. Ett möjligt scenario involverar ett vanligt drama i planetarisk skala:Till en början, HIP 65426b skulle ha bildats mycket närmare stjärnan (förklarar dess förhållandevis låga massa), och åtminstone en annan massiv kropp skulle också ha bildats. Vid något tillfälle, HIP 65426b och den andra kroppen skulle ha kommit tillräckligt nära för att HIP 65426b skulle slungas utåt (upp till dess nuvarande stora avstånd) och den andra kroppen rör sig inåt och smälter samman med stjärnan (som orsakar stjärnans snabba rotation). Planeterna som korsar systemet kunde också ha destabiliserat skivan, förklara varför den inte överlevde tillräckligt länge för att kunna observeras.

En alternativ förklaring skulle involvera speciell dynamik hos den protoplanetära skivan, med både stjärnan och planeten som bildas genom kollaps samtidigt genom fragmentering – vilket fortfarande skulle kräva en förklaring till varför skivan var så kortlivad att den nu har försvunnit.

Mer säkra förklaringar får vänta på ytterligare observationer och simuleringar. De kan ha en inverkan på vår förståelse av hur gasjättar bildas, utveckla, och eventuellt migrera, i allmänhet. Detta, i tur och ordning, är avgörande för att förstå bildandet av planetsystem som helhet:massan av värdstjärnan åt sidan, det mesta av massan i ett planetsystem bärs av sådana gigantiska planeter, och närvaron och egenskaperna hos sådana planeter har ett avgörande inflytande på bildandet av deras mindre kusiner, som jordliknande planeter eller superjordar.

För SPHERE-teamet, upptäckten har ytterligare en speciell betydelse. Detta är den första planeten som upptäckts med SPHERE-instrumentet. MPIA-direktör Thomas Henning, som är en av fäderna till SPHERE-instrumentet och medförfattare till denna studie, tillägger:"Direkta bilder av exoplaneter är fortfarande mycket sällsynta, men de innehåller en mängd information om planeter som HIP 65426b. Analysen av planetens direkta ljus tillåter oss att begränsa sammansättningen av planetens atmosfär med stort självförtroende. "Det finns bilder för mindre än 20 av de för närvarande kända 3600 exoplaneterna; de vanliga metoderna för detektion är alla indirekta, som de förlitar sig på hur närvaron av en planet påverkar värdstjärnans ljus. Direkt avbildning är mycket svårt, Med tanke på att stjärnor är så ljusa dränker deras ljus allt ljus från omgivande planeter. SPHERE har designats för att optimalt dämpa stjärnornas ljus, möjliggör bilder och spektra av omgivande planeter. Än så länge, direkt avbildning är det enda sättet att upptäcka planeter vars avstånd från värdstjärnan är stort – planeter som den ovanliga HIP 65426b.