Vid endast 1 % av solens ålder, det binära systemet DS Tuc visar oss hur en planet kan utvecklas naturligt innan dess omloppsbana störs av yttre krafter.

En ung planet som ligger 150 ljusår bort har gett astrofysiker från UNSW Sydney en sällsynt chans att studera ett planetsystem i vardande.

Resultaten, nyligen publicerad i Astronomisk tidskrift , tyder på att planeten DS Tuc Ab – som kretsar kring en stjärna i ett binärt system – bildades utan att bli kraftigt påverkad av den andra stjärnans gravitationskraft.

"Vi förväntade oss att dragningen från den andra stjärnan skulle luta den roterande skivan av gas och damm som en gång omgav huvudstjärnan - en process som skulle skeva planetens omloppsbana, " säger Dr Benjamin Montet, Scientia Fellow vid UNSW Sydney och huvudförfattare till studien.

"Förvånande, vi hittade inga bevis på att planetens bana påverkades. Vi fann också att planeten bildades genom relativt lugna processer - vilket betyder att det kan vara möjligt för jordliknande planeter att överleva i binära system som detta."

Dr. Montet arbetade med ett internationellt team av forskare vid Magellan-teleskopen vid Las Campanas-observatoriet i Chile. De använde Planet Finder Spectrograph för att mäta Rossiter-McLaughlin-effekten, vilket är den relativa vinkeln mellan planetens bana och stjärnans spinn.

De upptäckte att planeten DS Tuc Ab kretsar runt sin stjärna i ett relativt platt plan, med ungefär 12 graders lutning från stjärnans rotationsaxel. Denna låga lutning – kallad obliquity – tyder på att dragningen från den medföljande stjärnan inte avsevärt lutade omloppsbanan för den protoplanetära skivan där DS Tuc Ab bildades.

Medan planeter i solsystemet alla har en låg snedställning, det är ovanligt för planeter som DS Tuc Ab.

"De flesta liknande planeter kretsar runt sin stjärna i slumpmässiga vinklar, ibland når upp till 90 grader över sin stjärnas axel, " säger Dr Montet.

"DS Tuc-systemet är det första beviset på att högre omloppsvinklar inte definieras tidigt i en stjärnas liv - de är en effekt som inträffar först senare."

40 miljoner år gammal, gasjätten DS Tuc Ab anses vara en "pre-teen" under planetariska år. Det finns färre än tio planeter vi känner till som är så unga.

Dess ålder är en unik chans för astrofysiker att studera ett system under utveckling innan yttre påverkan stör.

"För att ta reda på hur länge planetsystem varar, vi behöver system som är för unga för att gå igenom dynamiska interaktioner, men tillräckligt gammal för att ha bildat planeter. DS Tuc-systemet är precis i den nisch, " säger Dr Montet.

DS Tuc Ab:en "Hot Neptune"

Planeten DS Tuc Ab är en gasplanet i storleken Neptunus som kretsar tätt och snabbt om sin stjärna – ett varv runt stjärnan tar bara 8,1 dagar. Dessa typer av planeter är kända som "Hot Neptunes" för sina snabba hastigheter och närhet till sina stjärnor.

Heta Neptunus är olik allt vi har i solsystemet.

Även den minsta och närmaste planeten till vår sol, kvicksilver, tar nästan 100 dagar att fullborda sin omloppsbana. Vår närmaste gasplanet, Jupiter, tar över 4300 dagar.

Jättegasplaneter kommer sannolikt inte att utvecklas nära sina stjärnor. Den nuvarande uppfattningen är att de bildas längre bort och, över tid, en kraft får dem att röra sig närmare sina stjärnor.

Forskare vill veta vad den kraften är.

"Det finns två huvudsakliga teorier om hur Hot Neptunes kom att vara så nära sina stjärnor, " säger Dr Montet.

"En teori är att en yttre kraft - potentiellt en kollision med flera kroppar i närheten - "sparkar" dem närmare, där de vinglar och så småningom sätter sig på en ny bana.

"En annan teori är att smidiga processer inom planetskivan skapar en kraft som gradvis drar planeten närmare stjärnan."

Att testa snedställningen kan hjälpa forskare att avslöja vilken kraft som spelade. Planeter med låga snedställningar förstås vara bildade av smidiga diskprocesser, medan mer dramatiska processer kommer att leda till slumpmässiga eller höga snedställningar.

Dock, astrofysiker har nyligen fascinerats av förslaget att breda dubbelstjärnor kan luta unga planeters omloppsbana runt sina stjärnor – medan denna process skulle vara smidig, det skulle resultera i planeter med höga orbitala lutningar.

"Om sant, detta skulle häva vår teori om planetbildning!" säger Dr Montet.

Även om den teorin inte stöddes av den låga snedställningen hos DS Tuc Ab, forskare ser till skyarna efter fler unga binära system att testa.

Nästa generation av planetsystem

När det gäller att lära av stjärnsystem, många av de system vi kan observera idag ger en felaktig historik över systemets förflutna.

"Nuida system är inte rena laboratorier, " säger Dr Montet.

"Under miljarder år, planet-planet och planet-stjärna interaktioner kan spridas, vridmoment, flytta, och stör banor, gör det vi ser idag mycket annorlunda än hur de ursprungligen bildades."

Det tar mellan 10 och 100 miljoner år att bilda planeter, men de flesta planeter som syns från jorden är mycket äldre. DS Tuc-systemet är 45 miljoner år gammalt - endast 1% av solens ålder.

"DS Tuc Ab är i en intressant ålder, " säger Dr Montet. "Den protoplanetära skivan har försvunnit, och vi kan se planeten, men det är fortfarande för ungt för andra avlägsna stjärnors omloppsbana att manipulera dess väg.

"Det ger oss chansen att förstå dynamiken i planetbildningen på ett sätt som en fem miljarder år gammal stjärna inte gör."

DS Tuc A är den yngsta stjärnan för vilken spin-orbit-inriktningen någonsin har uppmätts.

Söker på himlen

DS Tuc Ab är bara synlig från södra halvklotet. Det upptäcktes förra året genom NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)-uppdrag – ett undersökningsuppdrag för hela himlen som syftar till att upptäcka tusentals exoplaneter nära ljusa stjärnor.

Montet arbetade nära med forskare vid Harvard och Carnegie universitet, som också mätte DS Tuc Ab:s snedställning men använde Doppler-tomografimetoden.

"De första exoplanetsökningarna gjordes i anläggningar på norra halvklotet, och så de missade många av planeterna långt söderut, " säger Dr Montet.

"NASA:s TESS-uppdrag förändrar det. Det är att hitta alla dessa planeter runt stjärnor som tidigare inte hade sökts efter."

Dr. Montet och hans team leder ett försök att hitta och karakterisera fler planeter runt unga stjärnor. De hoppas kunna studera hur stjärnaktivitet, såsom stjärnbloss och stjärnfläckar, kan påverka planetens upptäckt och beboelighet.

"Att hitta unga planeter är utmanande. Vi behöver verkligen förstå moderstjärnans beteende för att kunna hitta de grunda signalerna från dessa planeter som kan överväldigas av stjärnfläckar och blossar, säger Adina Feinstein, en National Science Foundation Graduate Research Fellow vid University of Chicago och medförfattare till studien.

"Det finns ingen anledning till varför jordliknande planeter inte kunde bildas och överleva i Hot Neptune-system som den här, " säger Dr Montet.

"Vi måste bara gå ut och hitta dem."