Det finns ingen karta som visar alla miljarder exoplaneter som gömmer sig i vår galax – de är så avlägsna och svaga jämfört med sina stjärnor, det är svårt att hitta dem. Nu, astronomer på jakt efter nya världar har etablerat en möjlig vägvisare för gigantiska exoplaneter.

En ny studie visar att gigantiska exoplaneter som kretsar långt från sina stjärnor är mer benägna att hittas runt unga stjärnor som har en skiva av damm och skräp än de utan skivor. Studien, publicerad i The Astronomisk tidskrift , fokuserade på planeter mer än fem gånger massan av Jupiter. Denna studie är den största hittills av stjärnor med dammiga skräpskivor, och har hittat de bästa bevisen hittills på att jätteplaneter är ansvariga för att hålla det materialet i schack.

"Vår forskning är viktig för hur framtida uppdrag kommer att planera vilka stjärnor som ska observeras, " sa Tiffany Meshkat, huvudförfattare och biträdande forskare vid IPAC/Caltech i Pasadena, Kalifornien. Meshkat arbetade med denna studie som postdoktor vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena. "Många planeter som har hittats genom direkt avbildning har varit i system som hade skräpskivor, och nu vet vi att dammet kan vara indikatorer på oupptäckta världar."

Astronomer fann att sannolikheten för att hitta jätteplaneter med långa perioder är nio gånger större för stjärnor med skräpskivor än stjärnor utan skivor. Caltech-studenten Marta Bryan utförde den statistiska analysen som fastställde detta resultat.

Forskare kombinerade data från 130 enstjärniga system med skräpskivor som upptäckts av NASA:s Spitzer Space Telescope, och jämförde dem med 277 stjärnor som inte verkar vara värd för diskar. De två stjärngrupperna var mellan några miljoner och 1 miljard år gamla. Av de 130 stjärnorna, 100 skannades tidigare efter exoplaneter. Som en del av denna studie, forskare följde upp de andra 30 med hjälp av W. M. Keck Observatory på Hawaii och European Southern Observatory's Very Large Telescope i Chile. De upptäckte inga nya planeter i de 30 systemen, men ytterligare data hjälpte till att karakterisera överflöd av planeter i system med skivor.

Forskningen löser inte direkt varför de gigantiska exoplaneterna skulle få skräpskivor att bildas. Studieförfattare antyder att jätteplanets enorma gravitation gör att små kroppar som kallas planetesimaler kolliderar våldsamt, snarare än att bilda riktiga planeter, och förbli i omloppsbana som en del av en disk.

"Det är möjligt att vi inte hittar små planeter i dessa system eftersom, tidigt på, dessa massiva kroppar förstörde byggstenarna på steniga planeter, skicka dem att slå in i varandra i höga hastigheter istället för att försiktigt kombinera, " sa medförfattaren Dimitri Mawet, en Caltech docent i astronomi och en senior forskare från JPL.

Å andra sidan, gigantiska exoplaneter är lättare att upptäcka än steniga planeter, och det är möjligt att det finns några i dessa system som ännu inte har hittats.

Vårt eget solsystem är hem för gasjättar som är ansvariga för att göra "skräpbälten" - asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, formad av Jupiter, och Kuiperbältet, formad av Neptunus. Många av systemen Meshkat och Mawet studerade har också två bälten, men de är också mycket yngre än våra – upp till 1 miljard år gamla, jämfört med vårt systems nuvarande ålder på 4,5 miljarder år. Ungdomen i dessa system förklarar delvis varför de innehåller mycket mer damm – till följd av kollisioner av små kroppar – än vad vårt gör.

Ett system som diskuteras i studien är Beta Pictoris, som har avbildats direkt från markbaserade teleskop. Detta system har en skräpskiva, kometer och en bekräftad exoplanet. Faktiskt, forskare förutspådde denna planets existens långt innan den bekräftades, baserat på närvaron och strukturen hos den framträdande skivan.

I ett annat scenario, närvaron av två dammbälten i en enda skräpskiva tyder på att det sannolikt finns fler planeter i systemet vars gravitation upprätthåller dessa bälten, som är fallet i HR8799-systemet med fyra gigantiska planeter. Jätteplanets gravitationskrafter knuffar förbipasserande kometer inåt mot stjärnan, som kunde efterlikna perioden av vårt solsystems historia för cirka 4 miljarder år sedan, känt som det sena tunga bombardementet. Forskare tror att under den perioden, migrationen av Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus avledde damm och små kroppar till Kuiper- och asteroidbälten vi ser idag. När solen var ung, det skulle ha varit mycket mer damm i vårt solsystem också.

"Genom att visa astronomer var framtida uppdrag som NASA:s rymdteleskop James Webb har sin bästa chans att hitta gigantiska exoplaneter, denna forskning banar väg för framtida upptäckter, " sa Karl Stapelfeldt från JPL, chefsforskare för NASA:s Exoplanet Exploration Program Office och medförfattare till studien.