Under de senaste fyra åren, ett instrument kopplat till ett teleskop i de chilenska Anderna – känt som Gemini Planet Imager – har riktat sin blick på 531 stjärnor i jakt på nya planeter. Laget, leds av Stanford University, släpper nu de första resultaten från den första hälften av undersökningen, publicerad 12 juni i The Astronomisk tidskrift .

Undersökningen avbildade sex planeter och tre bruna dvärgar som kretsar kring dessa 300 stjärnor och erbjöd nya detaljer om Jupiterliknande planeter, som kan påverka teorier om hur jorden bildades och blev beboelig.

"Under de senaste tjugo åren, astronomer har upptäckt alla dessa solsystem som verkligen skiljer sig från våra egna, sa Bruce Macintosh, professor i fysik vid Stanford vid School of Humanities and Sciences. "Frågan som vi i slutändan vill förstå är:Finns det livbärande, Jordliknande planeter där ute? Och ett sätt att svara på det är att förstå hur andra solsystem bildas."

Till skillnad från andra planetjaktstekniker, som förlitar sig på att leta efter tecken på en planet – som effekten av dess gravitation på moderstjärnan – snarare än planeten själv, Gemini Planet Imager tar direkta bilder, plocka den svaga planeten ur bländningen av en stjärna en miljon gånger ljusare.

"Jätteplaneterna i vårt eget solsystem lever mellan fem och 30 gånger jordens omloppsavstånd, och för första gången undersöker vi en liknande region runt andra stjärnor, sa Eric Nielsen, en forskare vid Kavli-institutet för partikelastrofysik och kosmologi och huvudförfattare till artikeln. "Det är ganska spännande att kunna börja sätta ihop en inventering av planeter större än Jupiter i de yttre solsystemen hos några av våra grannstjärnor."

Kanske ett speciellt system

De flesta andra tekniker undersöker de inre delarna av solsystem. Men Gemini Planet Imager fokuserar specifikt på exoplaneter som är stora, unga och långt borta från stjärnan de kretsar kring. I vårt solsystem, de yttre delarna är hem för jätteplaneterna. Gemini Planet Imager hjälper forskarna att bättre förstå om andra solsystem har planeter som Jupiter. Dock, medan Gemini Planet Imager är en av de mest känsliga planetbilderna, det finns fortfarande föremål som undviker det och planeterna som detta team för närvarande kan se är de som är mer än dubbelt så stora som Jupiter.

I den första hälften av undersökningen, Gemini Planet Imager hittade färre exoplaneter än forskarna förväntade sig. Dock, exoplaneterna de såg bidrog till ett av deras starkaste resultat:var och en av de sex planeterna kretsade runt en stor, ljusstark stjärna – trots att planeter är lättare att se nära svaga stjärnor. Detta visar definitivt att gigantiska planeter med bred omloppsbana är vanligare runt högmassstjärnor, minst 1,5 gånger mer massiv än solen. Under tiden, för solliknande stjärnor, Jupiters större kusiner är mycket sällsynta än de små planeterna som upptäckts nära deras stjärna av uppdrag som NASA:s Kepler.

"Med tanke på vad vi och andra undersökningar har sett hittills, vårt solsystem ser inte ut som andra solsystem, ", sa Macintosh. "Vi har inte så många planeter packade så nära solen som de har sina stjärnor och vi har nu preliminära bevis för att ett annat sätt som vi kan vara sällsynta på är att ha den här typen av Jupiter-och- upp planeter."

Även om exakta Jupiter-ekvivalenta exoplaneter ligger precis utanför räckvidden för sina instrument, Att inte ens hitta en antydan om något Jupiter-liknande runt dessa 300 stjärnor lämnar möjligheten öppen att vår Jupiter är speciell.

Ett annat resultat från den första hälften av undersökningen är att bruna dvärgar - föremål som är större än planeter men mindre än stjärnor - är en mycket skild population från planeter. Detta kan peka på en annan formningsmekanism för denna klass av objekt, antyder att bruna dvärgar är mer lika misslyckade stjärnor än superstora planeter.

I kombination med andra tekniker, den här uppsatsen pekar ut ett avstånd från en stjärna där antalet jätteplaneter går från att öka till att minska – ungefär fem till tio astronomiska enheter (en astronomisk enhet är avståndet från solen till jorden).

"Regionen i mitten kan vara där du är mest sannolikt att hitta planeter större än Jupiter runt andra stjärnor, Nielsen tillade, "vilket är väldigt intressant eftersom det är här vi ser Jupiter och Saturnus i vårt eget solsystem."

Alla tre huvudfynden stöder hypotesen att jätteplaneter sannolikt bildas "nedifrån och upp" genom ackumulering av partiklar runt en fast kärna, medan bruna dvärgar sannolikt bildas "uppifrån och ner" som ett resultat av enorma gravitationsinstabiliteter i skivan av gas och damm från vilken ett solsystem utvecklas.

Arbetar sig till jorden

Gemini Planet Imager Exoplanet Survey (GPIES) observerade sin 531:a, och sista, ny stjärna i januari 2019. Teamet för Gemini Planet Imager arbetar nu med att göra instrumentet mer känsligt för mindre, kallare exoplaneter som kretsar närmare sina solar. Under tiden, undersökningarna som indirekt kan observera dessa exoplaneter flyttar sin känslighet utåt. I en inte alltför avlägsen framtid, de två borde samlas i rymdens hörn där ett solsystem som vårt eget fortfarande kunde gömma sig. Vilket instrument än är det första som kan direkt se en jordliknande värld, Macintosh föreställer sig att det kommer att vara, åtminstone delvis, en ättling till Gemini Planet Imager.

"Just nu, vi ser dessa planeter som luddiga, röda bläckar. Någon dag, det kommer att bli en suddig blå klump. Och det lilla, mycket liten, suddig, blå klump kommer att bli en jord, ", sa Macintosh. "Att komma till jorden kommer att ta ett rymduppdrag som förmodligen är cirka 20 år bort. Men när den flyger, den kommer att använda en spektrograf som den vi byggde och deformerbara speglar som det vi har och programvara med kodrader som vi har skrivit."

Mer omedelbart, GPIES-teammedlemmarna planerar att publicera ytterligare resultat om undersökningen, inklusive information de samlat in om atmosfären hos exoplaneter de såg, och slutföra analysen av data som erhållits under den andra hälften av undersökningen.

"Jag hjälpte till att ta de första GPIES planetsökningsbilderna för fyra och ett halvt år sedan, sa Robert De Rosa, en forskare vid Kavli-institutet för partikelastrofysik och kosmologi och medförfattare till artikeln, som tillbringade många nätter med att observera med Gemini Planet Imager i Chile och på avstånd från Stanford. "Det är bitterljuvt att se det närma sig sitt slut."