Ny forskning av ett team som leds av en astrofysiker vid University of Warwick har ett sätt att äntligen avgöra om nybildade planeter vandrar inom skivan av damm och gas som vanligtvis omger stjärnor eller om de helt enkelt förblir i samma omloppsbana runt stjärna.

Att hitta verkliga bevis på att en planet migrerar (vanligtvis inåt) inom sådana skivor skulle hjälpa till att lösa ett antal problem som har uppstått eftersom astronomer kan se mer och mer detaljer inom protoplanetära skivor. I synnerhet kan det ge en enkel förklaring till en rad konstiga mönster och störningar som astronomer börjar identifiera inom dessa skivor.

Planetmigration är en process som astronomer har känt teorin om i 40 år men det är först nu som de har kunnat hitta ett sätt att observationsmässigt testa om det verkligen inträffar. Denna nya forskning från ett team som leds av University of Warwick, tillsammans med Cambridge, ger två nya observationssignaturer i det unga solsystemets dammringar som skulle vara bevis på en migrerande planet. Den forskningen publiceras i en artikel med titeln "Is the ring inside or outside the planet?:The effect of planet migration on dust rings" som kommer att publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

Huvudförfattaren, Dr Farzana Meru vid University of Warwick's Astronomy and Astrophysics Group vid Institutionen för fysik, på tidningen sa:

"Planetmigration i protoplanetära skivor spelar en viktig roll i den långsiktiga utvecklingen av planetsystem, Ändå har vi för närvarande inget direkt observationstest för att avgöra om en planet migrerar i sin gasformiga skiva. Men den teknik som nu är tillgänglig för oss i Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), kan titta djupt in i dessa skivor, och till och med se detaljerade strukturer inom skivorna som ringar, luckor, spiralarmar, halvmånar och klumpar. ALMA kan också använda olika millimeterfrekvenser för att söka efter koncentrationer av olika partikelstorlekar så att vi också kan använda den för att utforska sammansättningen av enskilda dammringar i skivan."

"Vår senaste forskning har hittat ett sätt att använda denna nya teknik för att upptäcka vad vi tror kommer att vara en tydlig signatur inom dessa dammringar att planeten närmast dem faktiskt migrerar inom det mycket unga solsystemet."

University of Warwick ledda forskargrupp har kommit fram till att om ALMA tittar på de två dammringarna närmast planetens bana kommer en enkel mätning av den typiska partikelstorleken i varje ring att avslöja svaret.

Om ALMA upptäcker att den inre dammringen (dvs. mellan planetens omloppsbana och stjärnan) vanligtvis består av mindre partiklar, och att den yttre dammringen (direkt utanför planetens omloppsbana) vanligtvis består av större partiklar, då blir det ett tydligt bevis på att planeten migrerar inom systemets protoplanetära skiva. Storleken på partiklarna skulle skilja sig åt för varje skiva, men i ett fall där planeten ligger 30 astronomiska enheter från stjärnan och är 30 gånger jordens massa, de mindre partiklarna i den inre ringen skulle vanligtvis vara mindre än en millimeter stora, medan de i den yttre ringen skulle vara lite över en millimeter.

ALMA kommer att kunna observera detta eftersom våglängden vid vilken den observerar ungefär korrelerar med dammpartikelstorleken. Detta innebär att när observatörer tittar på skivan med ALMA vid ökande våglängder, den inre dammringen förväntas blekna, medan den yttre ringen skulle bli ljusare.

Anledningen till detta mönster är tvåfaldig. För det första visar forskarnas modell att den yttre dammringen kommer att innehålla fler stora dammpartiklar eftersom de rör sig med högre hastighet (än de mindre partiklarna) och är tillräckligt snabba för att hålla jämna steg med planeten när den kretsar inåt. Detta kommer att resultera i en ring utanför planetens omloppsbana som mestadels består av stora partiklar.

För det andra, den inre ringen består av små partiklar eftersom de rör sig inåt långsammare än planeten. Följaktligen kan de inte komma ur vägen för den inåt migrerande planeten och ackumuleras så i en ring precis inåt planeten. Den här gången rör sig det snabbrörliga stora dammet snabbt mot stjärnan och lämnar en inre dammring av små partiklar.

Forskargruppen kommer att fortsätta att simulera hur sådana ALMA-observationer skulle se ut och astronomer kan nu använda denna metod i sina egna ALMA-observationer för att leta efter denna tvåringsignatur.

Men Dr. Farzana Meru noterar också att:"Det kan vara så att det finns ALMA-observationer av protoplanetära skivor som redan har sett och registrerat denna dammringsignatur medan de letat efter andra fenomen. Om samma skiva har observerats vid olika våglängder— möjligen av olika team - då kan en jämförelse av dessa observationer redan kunna ge bekräftelse på vår teori."