Genom att exakt spåra en liten, nästan omärklig, vingling i en närliggande stjärnas rörelse genom rymden, har astronomer upptäckt en Jupiterliknande planet som kretsar kring den stjärnan, som är en av ett binärt par. Deras arbete, med hjälp av National Science Foundations Very Long Baseline Array (VLBA), producerade den första bestämningen någonsin av den fullständiga, 3-dimensionella strukturen av banorna för ett binärt par stjärnor och en planet som kretsar kring en av dem. Denna prestation, sa astronomerna, kan ge värdefulla nya insikter om processen för planetbildning.

Även om mer än 5 000 extrasolära planeter har upptäckts hittills, har bara tre upptäckts med den teknik - kallad astrometri - som gav denna upptäckt. Men bedriften att bestämma 3D-arkitekturen för ett binärt stjärnsystem som inkluderar en planet "kan inte uppnås med andra metoder för upptäckt av exoplaneter", säger Salvador Curiel, vid National Autonomous University of Mexico (UNAM).

"Eftersom de flesta stjärnor är i binära eller multipla system, kommer att kunna förstå system som detta hjälpa oss att förstå planetbildningen i allmänhet," sa Curiel.

De två stjärnorna, som tillsammans kallas GJ 896AB, ligger cirka 20 ljusår från jorden – nära grannar med astronomiska mått mätt. De är röda dvärgstjärnor, den vanligaste typen i vår galax Vintergatan. Den större, som planeten kretsar runt, har cirka 44 procent av vår sols massa, medan den mindre är cirka 17 procent lika massiv som solen. De är åtskilda av ungefär Neptunus avstånd från solen och kretsar runt varandra en gång vart 229:e år.

För sin studie av GJ 896AB kombinerade astronomerna data från optiska observationer av systemet som gjordes mellan 1941 och 2017 med data från VLBA-observationer mellan 2006 och 2011. De gjorde sedan nya VLBA-observationer 2020. Den kontinentövergripande VLBA:s superskarpa upplösning —förmåga att se fina detaljer — producerade extremt exakta mätningar av stjärnornas positioner över tid. Astronomerna utförde omfattande analys av data som avslöjade stjärnornas omloppsrörelser såväl som deras gemensamma rörelse genom rymden.

Detaljerad spårning av den större stjärnans rörelse visade en liten vinkling som avslöjade planetens existens. Vinklingen orsakas av planetens gravitationseffekt på stjärnan. Stjärnan och planeten kretsar runt en plats mellan dem som representerar deras gemensamma masscentrum. När den platsen, som kallas barycenter, är tillräckligt långt från stjärnan, kan stjärnans rörelse runt den vara upptäckbar.

Astronomerna beräknade att planeten har ungefär dubbelt så stor massa som Jupiter och kretsar runt stjärnan var 284:e dag. Dess avstånd från stjärnan är något mindre än Venus avstånd från solen. Planetens omloppsbana lutar ungefär 148 grader från de två stjärnornas banor.

"Detta betyder att planeten rör sig runt huvudstjärnan i motsatt riktning mot den sekundära stjärnan runt huvudstjärnan", säger Gisela Ortiz-León, från UNAM och Max Planck Institute for Radioastronomy. "Detta är första gången som en sådan dynamisk struktur har observerats på en planet som är associerad med ett kompakt binärt system som förmodligen bildades i samma protoplanetära skiva," tillade hon.

"Ytterligare detaljerade studier av detta och liknande system kan hjälpa oss att få viktiga insikter om hur planeter bildas i binära system. Det finns alternativa teorier för bildningsmekanismen, och mer data kan möjligen indikera vilket som är mest troligt", säger Joel Sanchez-Bermudez , från UNAM. "Särskilt, nuvarande modeller indikerar att en så stor planet är mycket osannolik som en följeslagare till en så liten stjärna, så kanske de modellerna måste justeras," tillade han.

Den astrometriska tekniken kommer att vara ett värdefullt verktyg för att karakterisera fler planetsystem, sa astronomerna. "Vi kan göra mycket mer arbete som detta med den planerade Next Generation VLA (ngVLA)," säger Amy Mioduszewski, från National Radio Astronomy Observatory. "Med den kan vi kanske hitta planeter lika små som jorden."

Astronomerna rapporterar sina fynd i 1 september-numret av The Astronomical Journal . + Utforska vidare

VLBA hittar planeten kretsande liten, cool stjärna