CI Tau b är en paradoxal planet, men ny forskning om dess massa, ljusstyrkan och kolmonoxiden i dess atmosfär börjar svara på frågor om hur en så stor planet kunde ha bildats runt en stjärna som bara är 2 miljoner år gammal.

Vid dagens möte med American Astronomical Society, astronomerna Christopher Johns-Krull från Rice University och Lisa Prato från Lowell Observatory presenterade fynd från en fyraårig nära-infraröd spektroskopisk analys av ljus från CI Taub, en nära kretsande jätte exoplanet, eller "heta Jupiter, " i en nio dagars bana runt sin moderstjärna cirka 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.

"Det spännande är att vi kan upptäcka ljus direkt från planeten, och det är första gången det har gjorts för en planet nära en stjärna som är så ung, sa Johns-Krull, professor i fysik och astronomi och medförfattare till en studie som är planerad att publiceras i AAS:s Astrofysiska tidskriftsbrev . "Det mest värdefulla sättet att lära sig hur planeter bildas är att studera planeter, som CI Tau b, som antingen håller på att bildas eller just har bildats."

I årtionden, de flesta astronomer trodde att jätteplaneter som Jupiter och Saturnus bildades långt från deras stjärnor under perioder på 10 miljoner år eller mer. Men upptäckten av dussintals "heta Jupiters" ledde till nya teoretiska modeller som beskriver hur sådana planeter kan bildas.

Johns-Krull sa att CI Tau b:s ålder gjorde den till den perfekta kandidaten för observation med Immersion Grating Infrared Spectrograph (IGRINS), en unik, högupplöst instrument som användes under observationer av CI Taub från McDonald Observatorys 2,7-meters Harlan J. Smith-teleskop och Lowell Observatorys 4,3-meters Discovery Channel-teleskop.

Eftersom varje atomärt element och molekyl i en stjärna avger ljus från en unik uppsättning våglängder, astronomer kan leta efter specifika signaturer, eller spektrallinjer, för att se om ett element finns i en avlägsen stjärna eller planeter. Spektrallinjer kan också avslöja temperaturen och densiteten hos en stjärna och hur snabbt den rör sig.

Prato sa att forskargruppen använde spektrallinjerna från kolmonoxid för att skilja ljuset som sänds ut av planeten från ljuset som sänds ut av den närliggande stjärnan.

"Många av spektrallinjerna som finns i planeten finns också i stjärnan, " sa Prato. "Om både planeten och stjärnan var stationära, deras spektrallinjer skulle alla smälta samman, och vi skulle inte kunna säga vad som kom från stjärnan och vad som var från planeten. Men eftersom planeten snabbt kretsar runt stjärnan, dess linjer skiftar fram och tillbaka dramatiskt. Vi kan subtrahera stjärnans linjer och bara se linjerna från planeten. Och från dem, vi kan avgöra hur ljus planeten är, i förhållande till stjärnan, som säger oss något om hur det bildades."

Det beror på att ljusstyrkan hos en stjärna eller planet beror på både dess storlek och temperatur.

"Direkta observationsbevis på massan och ljusstyrkan hos CI Taub är särskilt användbara eftersom vi också vet att den kretsar kring en mycket ung stjärna, " sa Rice doktorand Laura Flagg, huvudförfattaren till den kommande studien. "De flesta av de heta Jupiters vi har hittat kretsar kring medelålders stjärnor. CI Taus ålder ger en snäv begränsning för att sätta modeller på prov:Kan de producera en så här ljus och massiv planet på så kort tid?"

Flaggs analys av spektrallinjer från kolmonoxid visade att CI Taub har en massa på 11,6 Jupiters och är cirka 134 gånger svagare än sin moderstjärna. Prato sa att det ger starka bevis för att det bildades via en "het start, " en teoretisk modell som beskriver hur gravitationsinstabiliteter kan bilda jätteplaneter snabbare än traditionella modeller.

Prato sa att den nya studien ger en unik empirisk måttstock för att mäta konkurrerande teorier.

"Vid ungefär 2 miljoner år gammal, CI Tau b är den i särklass yngsta heta Jupiter som direkt upptäckts, " sa hon. "Vi har nu en massa och ljusstyrka för det - den enda direkt uppmätta massan och ljusstyrkan för en ung het Jupiter - och det ger mycket starka tester för planetbildningsmodeller."

IGRINS, som designades av studiens medförfattare Daniel Jaffe vid University of Texas i Austin, använder ett kiselbaserat diffraktionsgitter för att förbättra både upplösningen och antalet nära-infraröda spektralband som kan observeras från avlägsna objekt som CI Taub och dess moderstjärna. IGRINS flyttades från McDonald till Lowell mitt i studien.

Ytterligare medförfattare inkluderar Larissa Nofi och Joe Llama från Lowell Observatory, och Kendall Sullivan och Gregory Mace från både UT Austin och dess McDonald Observatory.