Den här konstnärens illustration visar två gasjätteexoplaneter som kretsar kring den unga stjärnan PDS 70. Dessa planeter växer fortfarande genom att samla material från en omgivande skiva. I processen, de har gravitationsmässigt skurit ut ett stort gap i skivan. Gapet sträcker sig från avstånd som motsvarar banorna för Uranus och Neptunus i vårt solsystem. Kredit:J. Olmsted (STScI)
Astronomer har direkt avbildat två exoplaneter som gravitationsmässigt skär ut ett stort gap i en planetbildande skiva som omger en ung stjärna. Medan över ett dussin exoplaneter har avbildats direkt, detta är bara det andra multiplanetsystemet som fotograferas. (Det första var ett fyraplanetssystem som kretsade runt stjärnan HR 8799.) Till skillnad från HR 8799, fastän, Planeterna i detta system växer fortfarande genom att material samlas från skivan.
"Detta är den första otvetydiga upptäckten av ett tvåplanetssystem som skär ut ett skivgap, " sa Julien Girard från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.
Värdstjärnan, känd som PDS 70, ligger cirka 370 ljusår från jorden. Den unga 6 miljoner år gamla stjärnan är något mindre och mindre massiv än vår sol, och ansamlar fortfarande gas. Den är omgiven av en skiva av gas och damm som har ett stort gap som sträcker sig från cirka 1,9 till 3,8 miljarder miles.
PDS 70 b, den innersta kända planeten, är belägen inom skivgapet på ett avstånd av cirka 2 miljarder miles från sin stjärna, liknande Uranus bana i vårt solsystem. Teamet uppskattar att den väger allt från 4 till 17 gånger så mycket som Jupiter. Det upptäcktes första gången 2018.
PDS 70 c, den nyupptäckta planeten, är belägen nära den yttre kanten av skivgapet på cirka 3,3 miljarder miles från stjärnan, liknande Neptunus avstånd från vår sol. Den är mindre massiv än planet b, väger mellan 1 och 10 gånger så mycket som Jupiter. De två planetbanorna är nära en 2-till-1-resonans, vilket innebär att den inre planeten cirklar stjärnan två gånger under den tid det tar den yttre planeten att gå runt en gång.
Upptäckten av dessa två världar är betydelsefull eftersom den ger direkta bevis för att bildade planeter kan svepa ut tillräckligt med material från en protoplanetarisk skiva för att skapa ett observerbart gap.
PDS 70 är bara det andra multiplanetsystemet som avbildas direkt. Genom en kombination av adaptiv optik och databehandling, astronomer kunde ta bort ljuset från den centrala stjärnan (markerad med en vit stjärna) för att avslöja två kretsande exoplaneter. PDS 70 b (nedre till vänster) väger 4 till 17 gånger så mycket som Jupiter medan PDS 70 c (övre till höger) väger 1 till 10 gånger så mycket som Jupiter. Kredit:ESO och S. Haffert (Leiden Observatory)
"Med faciliteter som ALMA, Hubble, eller stora markbaserade optiska teleskop med adaptiv optik ser vi skivor med ringar och luckor överallt. Den öppna frågan har varit, finns det planeter där? I detta fall, svaret är ja, " förklarade Girard.
Teamet upptäckte PDS 70 c från marken, med hjälp av MUSE-spektrografen på European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT). Deras nya teknik förlitade sig på kombinationen av den höga rumsliga upplösningen som tillhandahålls av det 8 meter långa teleskopet utrustat med fyra lasrar och instrumentets medelhöga spektrala upplösning som gör att det kan "låsa på" ljus som sänds ut av väte, vilket är ett tecken på gastillväxt.
"Det här nya observationsläget utvecklades för att studera galaxer och stjärnhopar med högre rumslig upplösning. Men det här nya läget gör det också lämpligt för exoplanetavbildning, som inte var den ursprungliga vetenskapliga drivkraften för MUSE-instrumentet, " sa Sebastiaan Haffert från Leiden Observatory, huvudförfattare på tidningen.
"Vi blev mycket förvånade när vi hittade den andra planeten, " tillade Haffert.
I framtiden, NASA:s rymdteleskop James Webb kan kanske studera detta system och andra plantskolor med hjälp av en liknande spektralteknik för att begränsa olika våglängder av ljus från väte. Detta skulle göra det möjligt för forskare att mäta temperaturen och densiteten av gas i skivan, vilket skulle hjälpa vår förståelse av tillväxten av gasjätteplaneter. Systemet kan också bli föremål för WFIRST-uppdraget, som kommer att genomföra en högpresterande koronagrafteknikdemonstration som kan blockera stjärnans ljus för att avslöja svagare ljus från den omgivande skivan och följesplaneterna.
Dessa resultat publicerades i numret 3 juni av Natur astronomi .
