Astronomer är överens om att planeter föds i protoplanetära skivor – ringar av damm och gas som omger unga, nyfödda stjärnor. Medan hundratals av dessa skivor har upptäckts i hela universum, har observationer av faktisk planetarisk födelse och bildning visat sig vara svåra i dessa miljöer.

Nu, astronomer vid Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian har utvecklat ett nytt sätt att upptäcka dessa svårfångade nyfödda planeter – och med det bevis på en liten Neptunus eller Saturnus-liknande planet som lurar i en skiva. Resultaten beskrivs idag i The Astrophysical Journal Letters .

"Att direkt upptäcka unga planeter är mycket utmanande och har hittills bara varit framgångsrikt i ett eller två fall", säger Feng Long, en postdoktor vid Center for Astrophysics som ledde den nya studien. "Planeterna är alltid för svaga för oss att se eftersom de är inbäddade i tjocka lager av gas och damm."

Forskare måste istället leta efter ledtrådar för att dra slutsatsen att en planet håller på att utvecklas under dammet.

"Under de senaste åren har vi sett många strukturer dyka upp på diskar som vi tror är orsakade av en planets närvaro, men det kan också orsakas av något annat", säger Long. "Vi behöver nya tekniker för att titta på och stödja att en planet finns där."

För sin studie bestämde sig Long för att undersöka en protoplanetär skiva känd som LkCa 15. Skivan ligger 518 ljusår bort och sitter i konstellationen Oxen på himlen. Forskare rapporterade tidigare bevis för planetbildning på skivan med hjälp av observationer med ALMA-observatoriet.

Dök länge in i ny högupplöst ALMA-data om LkCa 15, erhållen främst 2019, och upptäckte två svaga egenskaper som inte tidigare hade upptäckts.

Ungefär 42 astronomiska enheter ut från stjärnan – eller 42 gånger avståndet som jorden är från solen – upptäckte Long en dammig ring med två separata och ljusa buntar av material som kretsade i den. Materialet tog formen av en liten klump och en större båge, och separerades med 120 grader.

Undersökte länge scenariot med datormodeller för att ta reda på vad som orsakade uppbyggnaden av material och fick reda på att deras storlek och platser matchade modellen för närvaron av en planet.

"Den här bågen och klumpen är åtskilda med cirka 120 grader", säger hon. "Den graden av separation händer inte bara – det är viktigt rent matematiskt."

Långa pekar på positioner i rymden som kallas Lagrange-punkter, där två kroppar i rörelse - som en stjärna och en planet som kretsar - producerar förstärkta attraktionsområden runt dem där materia kan ackumuleras.

"Vi ser att det här materialet inte bara flyter runt fritt, det är stabilt och har en preferens där det vill placeras baserat på fysiken och de inblandade objekten", förklarar Long.

I det här fallet är bågen och klumpen av material som länge upptäckts lokaliserade vid L₄ och L₅ Lagrange poäng. Dold 60 grader mellan dem finns en liten planet som orsakar ansamling av damm vid punkterna L₄ och L₅ .

Resultaten visar att planeten är ungefär lika stor som Neptunus eller Saturnus och runt en till tre miljoner år gammal. (Det är relativt ungt när det gäller planeter.)

Att direkt avbilda den lilla, nyfödda planeten kanske inte är möjlig snart på grund av tekniska begränsningar, men Long tror att ytterligare ALMA-observationer av LkCa 15 kan ge ytterligare bevis som stödjer hennes planetariska upptäckt.

Hon hoppas också att hennes nya tillvägagångssätt för att upptäcka planeter - med material som företrädesvis ackumuleras vid Lagrange-punkter - kommer att användas av astronomer i framtiden.

"Jag hoppas verkligen att den här metoden kan bli allmänt antagen i framtiden", säger hon. "Den enda varningen är att detta kräver mycket djup data eftersom signalen är svag." + Utforska vidare

Första någonsin upptäckt av gas i en cirkumplanetär skiva