Forskare har identifierat en ung stjärna med fyra planeter i storlek Jupiter och Saturnus i omloppsbana runt den, första gången som så många massiva planeter har upptäckts i ett så ungt system. Systemet har också satt ett nytt rekord för de mest extrema banor som hittills observerats:den yttersta planeten är mer än tusen gånger längre från stjärnan än den innersta, vilket väcker intressanta frågor om hur ett sådant system kan ha bildats.

Stjärnan är bara två miljoner år gammal – ett "småbarn" i astronomiska termer – och är omgiven av en enorm skiva av damm och is. Denna skiva, känd som en protoplanetär skiva, är där planeterna, månar, asteroider och andra astronomiska föremål i stjärnsystem bildas.

Stjärnan var redan känd för att vara anmärkningsvärd eftersom den innehåller den första så kallade heta Jupiter – en massiv planet som kretsar mycket nära sin moderstjärna – som har upptäckts runt en så ung stjärna. Även om heta Jupiters var den första typen av exoplanet som upptäcktes, deras existens har länge förbryllat astronomer eftersom de ofta anses vara för nära sina moderstjärnor för att ha bildats in situ.

Nu, ett team av forskare ledda av University of Cambridge har använt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för att söka efter planetariska "syskon" till detta spädbarn, heta Jupiter. Deras bild avslöjade tre tydliga luckor i skivan, som, enligt deras teoretiska modellering, orsakades troligen av ytterligare tre gasjätteplaneter som också kretsade runt den unga stjärnan. Deras resultat redovisas i Astrofysiska tidskriftsbrev .

Stjärnan, CI Tau, ligger cirka 500 ljusår bort i en mycket produktiv stjärna "plantskola" region i galaxen. Dess fyra planeter skiljer sig mycket åt i sina banor:den närmaste (den heta Jupiter) är inom motsvarigheten till Merkurius omloppsbana, medan de längsta kretsar på ett avstånd mer än tre gånger större än Neptuns. De två yttre planeterna är ungefär Saturnus massa, medan de två inre planeterna är runt en respektive 10 gånger massan av Jupiter.

Upptäckten väcker många frågor för astronomer. Omkring 1 % av stjärnorna är värd för heta Jupiters, men de flesta av de kända heta Jupiters är hundratals gånger äldre än CI Tau. "Det är för närvarande omöjligt att säga om den extrema planetariska arkitekturen som ses i CI Tau är vanlig i heta Jupiter-system eftersom det sätt som dessa syskonplaneter upptäcktes - genom deras effekt på den protoplanetära skivan - inte skulle fungera i äldre system som inte längre har en protoplanetär skiva, " sa professor Cathie Clarke från Cambridges Institute of Astronomy, studiens första författare.

Enligt forskarna, det är också oklart om syskonplaneterna spelade en roll för att driva den innersta planeten in i dess extremt nära bana, och om detta är en mekanism som fungerar för att göra heta Jupiters i allmänhet. Och ytterligare ett mysterium är hur de två yttre planeterna överhuvudtaget bildades.

"Planetbildningsmodeller tenderar att fokusera på att kunna göra de typer av planeter som redan har observerats, så nya upptäckter passar inte nödvändigtvis modellerna, " sa Clarke. "Saturnus massplaneter är tänkta att bildas genom att först ackumulera en fast kärna och sedan dra in ett lager av gas ovanpå, men dessa processer är tänkta att vara mycket långsamma på stora avstånd från stjärnan. De flesta modeller kommer att kämpa för att göra planeter av denna massa på detta avstånd."

Uppgiften framöver blir att studera detta förbryllande system vid flera våglängder för att få fler ledtrådar om egenskaperna hos skivan och dess planeter. Sålänge, ALMA – det första teleskopet med förmågan att avbilda planeter på väg – kommer sannolikt att kasta ut ytterligare överraskningar i andra system, omforma vår bild av hur planetsystem bildas.