Den här illustrationen av den nybildade exoplaneten PDS 70b visar hur material kan falla ner på den gigantiska världen när det bygger upp massa. Genom att använda Hubbles känslighet för ultraviolett ljus (UV), forskare fick en unik titt på strålning från extremt het gas som faller på planeten, gör det möjligt för dem att direkt mäta planetens masstillväxthastighet för första gången. Planeten PDS 70b är omgiven av sin egen gas- och dammskiva som suger upp material från den mycket större cirkumstellära skivan i detta solsystem. Forskarna antar att magnetfältslinjer sträcker sig från dess cirkumplanetära skiva ner till exoplanetens atmosfär och leder material till planetens yta. Illustrationen visar en möjlig magnetosfärisk ackretionskonfiguration, men magnetfältets detaljerade geometri kräver framtida arbete för att sondera. Den avlägsna världen har redan fyllt upp till fem gånger Jupiters massa under en period av cirka 5 miljoner år, men förväntas vara i slutet av sin bildningsprocess. PDS 70b kretsar kring den orangefärgade dvärgstjärnan PDS 70 cirka 370 ljusår från jorden i stjärnbilden Centaurus. Kredit:SCIENCE:McDonald Observatory–University of Texas, Yifan Zhou (UT) ILLUSTRATION:NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted (STScI)
Har du någonsin gjort en komplett röra i ditt kök när du bakade? Ibland kan det se ut som att mjöl flyter i luften, men när du väl har tillsatt mycket vatten och format din deg, brödet blir mer som en boll. En liknande process pågår i ett avlägset solsystem som kallas PDS 70, förutom att mjölet och vattnet byts ut mot gas och damm. I fallet med planet PDS 70b, gas och damm dras långsamt in när denna avlägsna värld bygger massa under miljontals år.
Forskare som använder Hubble mätte direkt masstillväxthastigheten för PDS 70b för första gången genom att använda observatoriets unika ultravioletta känslighet för att fånga strålning från extremt het gas som faller på planeten. Den massiva, Jupiterstora världen kretsar på ungefär samma avstånd som Uranus gör från solen – även om den slingrar sig genom en röra av gas och damm när den rör sig genom solsystemet. Planeten, som började bildas för cirka 5 miljoner år sedan, kan vara i slutet av sin bildningsprocess. Forskarnas fynd öppnar ett nytt sätt att studera bildande av planeter som kan hjälpa andra astronomer som vill lära sig mer om hur jätteplaneter växer i avlägsna solsystem.
NASA:s rymdteleskop Hubble ger astronomer en sällsynt blick på en Jupiter-storlek, fortfarande bildande planet som matar material som omger en ung stjärna.
"Vi vet bara inte så mycket om hur jätteplaneter växer, ", sa Brendan Bowler vid University of Texas i Austin. "Detta planetsystem ger oss den första möjligheten att se material falla ner på en planet. Våra resultat öppnar upp ett nytt område för denna forskning."
Även om över 4, 000 exoplaneter har katalogiserats hittills, endast ett 15-tal har hittills avbildats direkt med teleskop. Och planeterna är så långt borta och små, de är helt enkelt prickar på de bästa fotona. Teamets nya teknik för att använda Hubble för att direkt avbilda denna planet banar en ny väg för ytterligare exoplanetforskning, speciellt under en planets uppväxtår.
European Southern Observatory's Very Large Telescope fångade den första tydliga bilden av en planet som bildas, PDS 70b, runt en dvärgstjärna 2018. Planeten sticker ut som en ljuspunkt till höger om mitten av bilden, som mörkläggs av coronagraph-masken som används för att blockera ljuset från den centrala stjärnan. Kredit:ESO, VLT, André B. Müller (ESO)
Denna enorma exoplanet, betecknad PDS 70b, kretsar kring den orangea dvärgstjärnan PDS 70, som redan är känt för att ha två aktivt bildande planeter inuti en enorm skiva av damm och gas som omger stjärnan. Systemet ligger 370 ljusår från jorden i stjärnbilden Centaurus.
"Det här systemet är så spännande eftersom vi kan bevittna bildandet av en planet, " sa Yifan Zhou, även vid University of Texas i Austin. "Detta är den yngsta bona fide planeten Hubble någonsin har avbildat direkt." Vid en ungdomlig 5 miljoner år, planeten samlar fortfarande material och bygger upp massa.
Hubbles känslighet för ultraviolett ljus (UV) ger en unik blick på strålning från extremt het gas som faller på planeten. "Hubbles observationer gjorde det möjligt för oss att uppskatta hur snabbt planeten vinner massa, " tillade Zhou.
UV-observationer, som lägger till forskningen om denna planet, gjorde det möjligt för teamet att direkt mäta planetens masstillväxthastighet för första gången. Den avlägsna världen har redan fyllt upp till fem gånger Jupiters massa under en period av cirka 5 miljoner år. Den nuvarande uppmätta ackretionshastigheten har minskat till den punkt där, om takten förblev stabil i ytterligare en miljon år, planeten skulle bara öka med ungefär och ytterligare 1/100 av en Jupitermassa.
Zhou och Bowler betonar att dessa observationer är en enda ögonblicksbild i tiden - mer data krävs för att avgöra om hastigheten med vilken planeten lägger till massa ökar eller minskar. "Våra mätningar tyder på att planeten är i slutet av sin bildningsprocess."
Hubble-observationer pekar ut planeten PDS 70b. En koronagraf på Hubbles kamera blockerar bländningen från den centrala stjärnan så att planeten kan observeras direkt. Även om över 4, 000 exoplaneter har katalogiserats hittills, endast ett 15-tal har hittills avbildats direkt med teleskop. Teamets nya teknik för att använda Hubble för att direkt avbilda denna planet banar en ny väg för ytterligare exoplanetforskning, särskilt under en planets uppväxtår. Kredit:SCIENCE:NASA, ESA, McDonald Observatory – University of Texas, Yifan Zhou (UT) BILDBEHANDLING:Joseph DePasquale (STScI)
Det ungdomliga PDS 70-systemet är fyllt med en ursprunglig gas- och dammskiva som ger bränsle för att mata tillväxten av planeter genom hela systemet. Planeten PDS 70b är omgiven av sin egen gas- och dammskiva som suger upp material från den mycket större cirkumstellära skivan. Forskarna antar att magnetfältslinjer sträcker sig från dess cirkumplanetära skiva ner till exoplanetens atmosfär och leder material till planetens yta.
"Om detta material följer kolumner från skivan till planeten, det skulle orsaka lokala hot spots, Zhou förklarade. "Dessa heta fläckar kan vara minst 10 gånger varmare än temperaturen på planeten." Dessa heta fläckar visade sig glöda våldsamt i UV-ljus.
Dessa observationer ger insikter om hur gasjätteplaneter bildades runt vår sol för 4,6 miljarder år sedan. Jupiter kan ha samlats på en omgivande skiva av infallande material. Dess stora månar skulle också ha bildats från rester i den skivan.
En utmaning för laget var att övervinna moderstjärnans bländning. PDS 70b kretsar på ungefär samma avstånd som Uranus gör från solen, men dess stjärna är mer än 3, 000 gånger ljusare än planeten vid UV-våglängder. När Zhou bearbetade bilderna, han tog mycket försiktigt bort stjärnans bländning för att bara lämna efter sig ljus som sänds ut av planeten. Genom att göra så, han förbättrade gränsen för hur nära en planet kan vara sin stjärna i Hubble-observationer med en faktor fem.
"Trettioett år efter lanseringen, vi hittar fortfarande nya sätt att använda Hubble, " tillade Bowler. "Yifans observationsstrategi och efterbehandlingsteknik kommer att öppna nya fönster för att studera liknande system, eller till och med samma system, upprepade gånger med Hubble. Med framtida observationer, vi skulle potentiellt kunna upptäcka när majoriteten av gasen och dammet faller på deras planeter och om det gör det i en konstant hastighet."
Forskarnas resultat publicerades i april 2021 i The Astronomisk tidskrift .
