Direct Wircam-bild av 2MASS 0249-systemet tagen med CFHT:s infraröda kamera WIRCam. 2MASS 0249c ligger 2000 astronomiska enheter från värddvärgarna som är olösta i denna bild. Kredit:T. Dupuy, M. Liu
När det kommer till extrasolära planeter, skenet kan bedra. Astronomer har avbildat en ny planet, och den verkar nästan identisk med en av de bäst studerade gasjätteplaneterna. Men denna dubbelgängare skiljer sig på ett mycket viktigt sätt:dess ursprung.
"Vi har hittat en gasjätteplanet som är en virtuell tvilling till en tidigare känd planet, men det ser ut som att de två objekten bildades på olika sätt, sade Trent Dupuy, astronom vid Gemini Observatory och ledare för studien.
Uppstår från stellar plantskolor av gas och damm, stjärnor föds som kattungar i en kull, i klasar och oundvikligen vandrande bort från sin födelseplats. Dessa kullar består av stjärnor som varierar mycket, allt från små runtor som inte kan generera sin egen energi (kallade bruna dvärgar) till massiva stjärnor som avslutar sina liv med supernovaexplosioner. Mitt i denna turbulens, planeter bildas runt dessa nya stjärnor. Och när den stellar barnkammaren tömt sin gas, stjärnorna (med sina planeter) lämnar sin födelseplats och vandrar fritt i galaxen. På grund av denna utvandring, astronomer tror att det borde finnas planeter födda samtidigt från samma stellar plantskola, men kretsande stjärnor som har rört sig långt bort från varandra under eonerna, som sedan länge förlorade syskon.
"Hittills, exoplaneter som hittats genom direkt avbildning har i princip varit individer, var och en skiljer sig från varandra i sitt utseende och ålder. Att hitta två exoplaneter med nästan identiskt utseende och ändå ha bildats så olika öppnar ett nytt fönster för att förstå dessa objekt, sa Michael Liu, astronom vid University of Hawai`i Institute for Astronomy, och en samarbetspartner i detta arbete.
Dupuy, Liu, och deras medarbetare har identifierat det första fallet av en sådan planetarisk dubbelgängare. Ett objekt har länge varit känt:planeten beta Pictoris b med 13 Jupitermassa, en av de första planeterna som upptäcktes genom direkt avbildning, tillbaka 2009. Det nya objektet, dubbad 2MASS 0249 c, har samma massa, ljusstyrka, och spektrum som beta Pictoris b.
Efter att ha upptäckt detta objekt med Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), Dupuy och medarbetare fastställde sedan att 2MASS 0249 c och beta Pictoris b föddes i samma stellar plantskola. På ytan, detta gör att de två objekten inte bara ser likadana ut utan äkta syskon.
De infraröda spektra för 2MASS 0249c och beta Pictoris b är liknande, som förväntat för två objekt med jämförbar massa som bildades i samma stellar plantskola. Till skillnad från 2MASS 0249c, beta Pictoris b kretsar mycket närmare sin massiva värdstjärna och är inbäddad i en ljus cirkumstellär skiva. Kredit:T. Dupuy, ESO/A.-M. Lagrange et al
Dock, planeterna har väldigt olika livssituationer, nämligen vilka typer av stjärnor de kretsar kring. Värden för beta Pictoris b är en stjärna 10 gånger ljusare än solen, medan 2MASS 0249 c kretsar kring ett par bruna dvärgar som är 2000 gånger svagare än solen. Vidare, beta Pictoris b är relativt nära sin värd, cirka 9 astronomiska enheter (AU, avståndet från jorden till solen), medan 2MASS 0249 c är 2000 AU från sin binära värd.
Dessa drastiskt olika arrangemang tyder på att planeternas uppväxt inte alls var lika. Den traditionella bilden av gasjättens bildning, där planeter börjar som små steniga kärnor runt sin värdstjärna och växer genom att samla gas från stjärnans skiva, skapade troligen beta Pictoris b. I kontrast, värden för 2MASS 0249 c hade inte tillräckligt med en skiva för att göra en gasjätte, så planeten bildades troligen genom att direkt ackumulera gas från den ursprungliga stjärnkammaren.
"2MASS 0249 c och beta Pictoris b visar oss att naturen har mer än ett sätt att göra exoplaneter som ser väldigt lika ut, " säger Kaitlin Kratter, astronom vid University of Arizona och en samarbetspartner i detta arbete. "beta Pictoris b bildades förmodligen som vi tror att de flesta gasjättar gör, utgående från små dammkorn. I kontrast, 2MASS 0249 c ser ut som en underviktig brun dvärg som bildades från kollapsen av ett gasmoln. De betraktas båda som exoplaneter, men 2MASS 0249 c illustrerar att en sådan enkel klassificering kan skymma en komplicerad verklighet."
Teamet identifierade först 2MASS 0249 c med hjälp av bilder från CFHT, och deras upprepade observationer avslöjade att detta objekt kretsar på ett stort avstånd från sin värd. Systemet tillhör den rörliga betagruppen Pictoris, en vitt spridd uppsättning stjärnor som är uppkallad efter sin berömda planet-värd stjärna. Teamets observationer med W. M. Keck-teleskopet fastställde att värden faktiskt är ett nära separerat par bruna dvärgar. Så sammantaget, 2MASS 0249-systemet består av två bruna dvärgar och en gasjätteplanet. Uppföljningsspektroskopi av 2MASS 0249 c med NASA Infrared Telescope Facility och Astrophysical Research Consortium 3,5-metersteleskopet vid Apache Point Telescope visade att det delar en anmärkningsvärd likhet med beta Pictoris b.
2MASS 0249-systemet är ett tilltalande mål för framtida studier. De mest direktavbildade planeterna är mycket nära sina värdstjärnor, hämmar detaljerade studier av planeterna på grund av det starka ljuset från stjärnorna. I kontrast, den mycket breda separationen av 2MASS 0249 c från dess värdbinära kommer att göra mätningar av egenskaper som dess ytväder och sammansättning mycket lättare, leder till en bättre förståelse av egenskaperna och ursprunget hos gasjätteplaneter.
Detta arbete accepteras för publicering i Astronomisk tidskrift .
