Exoplaneträkningen står nu på 5 599 bekräftade upptäckter i 4 163 stjärnsystem, med ytterligare 10 157 kandidater som väntar på bekräftelse. Hittills har de allra flesta av dessa upptäckts med indirekta metoder, inklusive transitfotometri (74,4 %) och mätningar av radiell hastighet (19,4 %).
Endast 19 (eller 1,2%) upptäcktes via Direct Imaging, en metod där ljus som reflekteras från en exoplanets atmosfär eller yta används för att detektera och karakterisera den. Tack vare den senaste generationen av instrument med hög kontrast och hög vinkelupplösning börjar detta förändras.
Detta inkluderar rymdteleskopet James Webb och dess sofistikerade speglar och avancerade infraröda bildbehandlingssvit. Med hjälp av data från Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) studerade astronomer med MIRI mid-INfrared Disk Survey (MINDS) nyligen en mycket ung variabel stjärna (PDS 70) cirka 370 ljusår bort med två bekräftade protoplaneter.
Efter att ha undersökt systemet och dess förlängda skräpskiva fann de bevis på en tredje möjlig protoplanet som kretsade runt stjärnan. Dessa observationer skulle kunna bidra till att förbättra vår förståelse av planetsystem som fortfarande är under bildning.
MINDS-undersökningen är ett internationellt samarbete bestående av astronomer och fysiker från Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Kapteyn Astronomical Institute, Space Research Institute vid Österrikiska vetenskapsakademin (OAW-IFW), Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), Centro de Astrobiología (CAB), Institute Nazionale di Astrofisica (INAF), Dublin Institute for Advanced Studies (DIAS), SRON Netherlands Institute for Space Research och flera universitet.
Uppsatsen som beskriver deras fynd kommer att dyka upp i tidskriften Astronomy &Astrophysics och är för närvarande tillgänglig på arXiv förtrycksserver.
PDS 70 har varit föremål för intresse de senaste åren på grund av sin unga ålder (5,3 till 5,5 miljoner år) och den omgivande protoplanetariska skivan. Mellan 2018 och 2021 bekräftades två protoplanetplaneter inom luckorna på denna skiva baserat på direkta bilddata som förvärvats av sofistikerade markbaserade teleskop. Detta inkluderade Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) och GRAVITY-instrumenten på ESO:s Very Large Telescope (VLT) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Under de senaste åren har MINDS-teamet använt Webb-spektraldata för att utföra kemiska inventeringar på protoplanetära skivor i flera stjärnsystem. I en tidigare studie baserad på data från Webbs Mid-Infrared Instrument (MIRI), upptäckte MINDS-teamet vatten i den inre skivan av PDS 70, belägen cirka 160 miljoner km (100 miljoner mi) eller 1,069 AU från stjärnan, ett fynd som kan få konsekvenser för astrobiologin och vattnets ursprung på steniga planeter (som jorden). Dessa resultat visade upp Webbs imponerande kapacitet och hur den kan observera kosmos i infraröda (IR) våglängder oåtkomliga för markbaserade observatorier.
Valentin Christiaens, en F.R.S-FNRS postdoktor vid universitetet i Liège och KU Leuven, var huvudförfattare till denna senaste uppsats. "Fördelen med Webbs instrument är att de observerar vid infraröda våglängder som inte kan observeras från marken på grund av vår atmosfär, som absorberar det mesta av det infraröda spektrumet", sa han till Universe Today via e-post. "Tack vare Webb kan vi få mätningar av planeter i formation (kallade protoplaneter) i infrarött, vilket gör att vi bättre kan begränsa våra modeller för planetbildning."
För sin senaste studie undersökte MINDS-teamet PDS 70 med hjälp av data från Webbs NIRCam som en del av MIRI Guaranteed Time Observations-programmet om planetbildning. Christiaens och hans team var motiverade att studera PDS 70 vidare eftersom tidigare forskning indikerade möjlig upptäckt av en tredje protoplanet. Detta gör systemet till ett idealiskt laboratorium för att studera planet-disk-interaktioner och söka efter accretion-signaturer. Förekomsten av en möjlig tredje signal upptäcktes 2019 av ett team som använde VLT/SPHERE-instrumentet men förblev obekräftad sedan dess.
En möjlig tolkning av denna signal var att den spårar en tredje planet. Med hjälp av NIRCam-data försökte Christiaens och hans kollegor återupptäcka denna signal och bekräfta att det var en tredje planet i systemet. JWST är särskilt väl lämpad för denna uppgift, tack vare sin avancerade optik och koronograf, som tar bort störningar från Webbs bilder genom att blockera stjärnans ljus. Han och hans kollegor fick också hjälp av avancerade algoritmer som hjälper till att separera stjärnljus från andra punktkällor i omloppsbana (som exoplaneter) och skräpskivor. Som Christiaens förklarade:
"Observationen av en annan stjärna, kallad referensstjärna, kan användas för att subtrahera ljuset från stjärnan av intresse och leta efter exoplaneter där. I vår studie valde vi istället en teknik som kallas "rullsubtraktion", där två sekvenser av bilder tas av stjärnan av intresse före respektive efter att instrumentet har roterats, så att positionen för en exoplanet har roterats i de två bildsekvenserna därifrån, genom att subtrahera bilderna av en sekvens från den andra vice versa, vi kan effektivt bli av med stjärnans ljus och ta bilder av dess miljö – planeter och skivor."
Teamet kombinerade sedan sina mätningar med tidigare observationer gjorda med markinstrument och jämförde dem med planetformationsmodeller. Av detta kunde de härleda mängden ackumulerad gas och damm runt protoplaneten under observationsperioden. Kvaliteten på bilderna gjorde det också möjligt för dem att markera en spiralarm av gas och damm som försörjer den andra bekräftade kandidaten (PDS 70 c), som förutspått av modellerna. Slutligen upptäckte de en ljus signal som överensstämmer med en protoplanetkandidat höljd i damm.
"Det som gör den här kandidaten så intressant är att den kan vara i 1:2:4 resonans med planeterna b och c, redan bekräftade i systemet (dvs. dess omloppsperiod kommer att vara nästan exakt två gånger och fyra gånger kortare än den för b och c, respektive),» sa Christiaens. Detta är precis vad som händer med tre av Jupiters galileiska månar (Ganymedes, Europa och Io), som också är i en 1:2:4-resonans. Möjligheten av ett stjärnsystem med tre planeter i denna omloppsbana skulle vara en guldgruva för astronomer. "Men det krävs fler observationer innan denna resonans kan bekräftas," tillade Christiaens.
Förutom att visa Webbs förmåga, kan dessa fynd hjälpa oss att informera vår nuvarande förståelse av hur planetsystem bildas och utvecklas. Detta är ett av JWST:s huvudmål:att använda sin avancerade infraröda optik för att undersöka unga stjärnsystem där planeter fortfarande håller på att bildas. Detta har varit en hög prioritet för astronomer ända sedan Kepler började upptäcka exoplaneter som trotsade allmänt accepterade teorier om hur planetsystem bildas och utvecklas. I synnerhet, upptäckten av många gasjättar som kretsar nära deras solar ("heta Jupiters") motsäger teorier om att gasjättar bildas i stjärnsystemens yttre delar.
Genom att observera unga stjärnsystem i olika bildningsstadier hoppas astronomer kunna testa olika teorier om hur solsystemet kom till.
Som Christiaens sammanfattade:"Migrationen av planeter anses spela en avgörande roll i utvecklingen av planetsystem och hjälper till att förklara mångfalden av system som hittills hittats via indirekta metoder. I många mogna system har planeter visat sig resonera med varandra , vilket tyder på att denna migration verkligen ägde rum i det förflutna. I vårt fall observerar vi ett mycket ungt system, fortfarande under bildning, där de två kända jätteplaneterna verkar vara i resonans och där den tredje potentiella planeten, om den bekräftas, skulle. också vara med de andra två. När det gäller solsystemet, misstänker vi att migrationen och resonansfångsten av jätteplaneterna förmodligen också ägde rum för mycket länge sedan, [vilket skulle kunna] förklara deras nuvarande konfiguration (Great Tack-hypotesen). . Här ser vi potentiellt det live i ett annat system!"
Mer information: V. Christiaens et al, MINDS:JWST/NIRCam-avbildning av den protoplanetära skivan PDS 70, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.04855
Tillhandahålls av Universe Today
