Astronomer som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har hittat slående omloppsgeometrier i protoplanetära skivor runt binära stjärnor. Medan skivor som kretsar kring de mest kompakta binära stjärnsystemen delar nästan samma plan, skivor som omger breda binärer har orbitalplan som är kraftigt lutade. Dessa system kan lära oss om planetbildning i komplexa miljöer.

Under de senaste två decennierna, tusentals planeter har hittats kretsar kring andra stjärnor än vår sol. Några av dessa planeter kretsar runt två stjärnor, precis som Luke Skywalkers hem Tatooine. Planeter föds i protoplanetära skivor - vi har nu underbara observationer av dessa tack vare ALMA - men de flesta av de skivor som hittills studerats kretsar kring enskilda stjärnor. "Tatooine" exoplaneter bildas i skivor runt dubbelstjärnor, så kallade cirkumbinära diskar.

Att studera födelseplatserna för "Tatooine"-planeter ger en unik möjlighet att lära sig om hur planeter bildas i olika miljöer. Astronomer vet redan att binära stjärnors banor kan skeva och luta skivan runt dem, vilket resulterar i en cirkumbinär skiva som är felinriktad i förhållande till värdstjärnornas omloppsplan. Till exempel, i en studie från 2019 ledd av Grant Kennedy från University of Warwick, STORBRITANNIEN, ALMA hittade en slående cirkumbinär skiva i en polär konfiguration.

"Med vår studie, vi ville lära oss mer om de typiska geometrierna för cirkumbinära skivor, " sa astronomen Ian Czekala vid University of California i Berkeley. Czekala och hans team använde ALMA-data för att bestämma graden av inriktning av nitton protoplanetära skivor runt binära stjärnor. "AlMA-data med hög upplösning var avgörande för att studera några av de minsta och svagaste cirkumbinära diskar ännu, sa Czekala.

Astronomerna jämförde ALMA-data från de cirkumbinära skivorna med dussintalet "Tatooine"-planeter som har hittats med rymdteleskopet Kepler. Till deras förvåning, teamet fann att graden i vilken binära stjärnor och deras cirkumbinära skivor är felinriktade är starkt beroende av värdstjärnornas omloppsperiod. Ju kortare omloppsperioden för dubbelstjärnan, desto mer sannolikt är det att vara värd för en disk i linje med dess omloppsbana. Dock, binärer med perioder längre än en månad är vanligtvis värd för feljusterade diskar.

"Vi ser en tydlig överlappning mellan de små skivorna, kretsar kring kompakta binära filer, och de cirkumbinära planeterna som hittades med Kepler-uppdraget, " sa Czekala. Eftersom det primära Kepleruppdraget varade i fyra år, astronomer kunde bara upptäcka planeter runt dubbelstjärnor som kretsar runt varandra på mindre än 40 dagar. Och alla dessa planeter var i linje med sina värdstjärnor. Ett kvardröjande mysterium var om det kan finnas många felinriktade planeter som Kepler skulle ha svårt att hitta. "Med vår studie, vi vet nu att det sannolikt inte finns en stor population av felinriktade planeter som Kepler missade, eftersom cirkumbinära skivor runt snäva dubbelstjärnor också vanligtvis är i linje med sina stjärnvärdar, " tillade Czekala.

Fortfarande, baserat på detta fynd, astronomerna drar slutsatsen att felinriktade planeter runt breda dubbelstjärnor borde finnas där ute och att det skulle vara en spännande population att söka efter med andra exoplanet-hittande metoder som direktavbildning och mikrolinsning. (NASA:s Kepler-uppdrag använde transitmetoden, vilket är ett av sätten att hitta en planet.)

Czekala vill nu ta reda på varför det finns en så stark korrelation mellan skivans (fel)inriktning och binärstjärnans omloppsperiod. "Vi vill använda befintliga och kommande faciliteter som ALMA och nästa generation Very Large Array för att studera diskstrukturer med utsökt precisionsnivå, " han sa, "och försök att förstå hur skeva eller lutande skivor påverkar planetbildningsmiljön och hur detta kan påverka populationen av planeter som bildas inom dessa skivor."

"Denna forskning är ett bra exempel på hur nya upptäckter bygger på tidigare observationer, " sa Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer för NRAO och ALMA. "Kräsna trender i den cirkumbinära diskpopulationen möjliggjordes endast genom att bygga på grunden för arkivobservationsprogram som genomförts av ALMA-gemenskapen under tidigare cykler."