Az ALMA három újszülött bolygót fedezett fel egy nagyon fiatal csillag körül

2561

Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) által működtetett Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) segítségével két, egymástól független csillagászcsoport is meggyőző módon bizonyította, hogy a HD 163296 jelű fiatal csillag körül három újszülött bolygó is kering. A csillagászok egy új bolygókereső módszer révén három zavart is kimutattak a fiatal csillag körüli, gázokban dús korongban. Ez az eddigi legerősebb bizonyíték arra, hogy ott frissen keletkezett bolygók keringenek. Ez tekinthető az ALMA első bolygófelfedezésének.

Az ALMA egészen új alapokra helyezte a protoplanetáris korongokkal, ezekkel a fiatal csillagok körüli porból és gázból álló bolygógyárakkal kapcsolatos ismereteinket. A korongokban kimutatható gyűrűk és rések az ott keletkező bolygókezdemények közvetett bizonyítékai [1]. Azonban más folyamatok is létrehozhatnak ilyen ígéretesnek tűnő struktúrákat.

Most azonban egy új bolygóvadász módszerrel a bolygókezdeményeknek otthont adó korong gázáramainak rendellenes mintázatai alapján két csillagászcsoport is megerősítette több frissen létrejött bolygó jelenlétének árulkodó jeleit egy nagyon fiatal csillag körül [2].

A protoplanetáris korong gázáramainak vizsgálata sokkal meggyőzőbben jelzi a bolygók jelenlétét egy fiatal csillag körül – magyarázza Christophe Pinte, az ausztráliai Monash Egyetem és a Grenoble-i Planetológiai és Asztrofizikai Intézet (Université de Grenoble-Alpes/CNRS) csillagásza, az eredményekről szóló egyik szakcikk első szerzője. – „A módszerünk ígéretes új utakat nyit a bolygórendszerek keletkezésének jobb megértéséhez.

Ez a fotó az ALMA adatok egy részét mutatja egy bizonyos hullámhosszon. A megfigyelés nyilvánvaló zavart mutat az anyag mozgásában, ami egy bolygó egyértelmű jelenlétére utal. Forrás: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Pinte et al.

A tőlünk 330 fényévre lévő, a Nyilas csillagkép irányában látszó fiatal, HD 163296 katalógusjelű csillag bolygóit mindkét csoport az ALMA mérési adatainak kiértékelése alapján fedezte fel [3]. Ez a csillag a Napnál kétszer nagyobb tömegű, de mindössze négymillió éves — kora csupán ezred része a Napénak.

A csillag protoplanetáris korongjában végbemenő helyi, kisléptékű gázmozgásokat vizsgáltuk. Ezzel a módszerrel képesek lehetünk a galaxis néhány legfiatalabb bolygójának a felfedezésére. Mindezt az ALMA nagy felbontású felvételeinek köszönhetjük.” – húzza alá Richard Teague, a University of Michigan csillagásza, a másik szakcikk első szerzője.

korábbi ALMA-felvételeken is tisztán látható poranyag helyett a csillagászok ezúttal az egész korongban jelenlévő szén-monoxid (CO) gázt vizsgálták. A CO jellegzetes milliméteres hullámhosszú sugárzást bocsát ki, ez pedig az ALMA rádiótávcső-rendszerrel részletesen vizsgálható. Ennek a fénynek a Doppler-effektus miatti kicsiny hullámhosszváltozásai megmutatják a gázok korongbeli áramlásait.

Teague kutatócsoportja két bolygót azonosított a központi csillagtól mintegy 12 és 21 milliárd kilométer távolságra. A másik, Pinte által vezetett csoport pedig a csillagtól kb. 39 milliárd km távolságban talált egy harmadik bolygókezdeményt [4].

A két csoport ugyanannak a módszernek a különböző változatait használta. Ennek során a gáz mozgásában jelentkező anomáliákat vizsgálták. Ezek a nagyobb tömegű égitestek gravitációs hatása alatt álló CO gáz által kibocsátott sugárzásának a hullámhossz-eltolódása révén mutathatóak ki [5].

A technikát használva Teague csoportja néhány százalékos pontossággal határozta meg a gázáramlástól való átlagos eltérések mértékét. Ez vezetett a csillaghoz közelebbi gázanyagban mozgó két bolygó felfedezéséhez. Pinte csoportja közvetlenül mérte a gáz áramlási sebességét. Ez a módszer a külső korongban működik jobban, ám csak 10% pontossággal képes a mozgások anomáliáit érzékelni. A szerzők így pontosabban tudták meghatározni a harmadik bolygó helyét.

A kutatók mindkét esetben olyan régiókat azonosítottak a korongban, ahol a gáz áramlása a környezetétől eltér – valahogy úgy, mint ahogyan egy folyó vize örvénylik egy szikla körül. Ezeknek a mozgásoknak az aprólékos vizsgálatával a kutatók egyértelműen ki tudták mutatni az ott lévő, Jupiterhez hasonló tömegű égitestek hatását.

Az új technika segítségével a csillagászok sokkal pontosabban meg tudják becsülni a bolygókezdemények tömegét, és sokkal kisebb a téves detektálások valószínűsége. – „Az ALMA ezzel az exobolygó-kutatás frontvonalába került.” – teszi hozzá Ted Bergin társszerző, szintén a University of Michigan kutatója.

Mindkét csoport folytatja a módszer tökéletesítését, és azt más korongokra is alkalmazni kívánják. Ettől a bolygólégkörök kialakulásának pontosabb megértését, valamint a születő bolygó légkörébe bekerülő elemek és molekulák részletesebb megismerését várják.

Jegyzetek

[1] Habár a csillagászok az elmúlt két évtizedben több ezer exobolygót fedeztek fel, a bolygókezdemények kimutatása továbbra is a tudományos érdeklődés élvonalába tartozik, és egészen idáig nem is történt egyértelmű felfedezés. A már teljesen kifejlődött bolygók kimutatására használt módszerek, melyek egyike például a központi csillag kicsiny elmozdulásait méri, nem alkalmasak a bolygókezdemények detektálására.

[2] A csillag körül áramló gáz a bolygók hiányában nagyon egyszerű szabályt követ; Kepler-mozgást végez. Ezt kis léptéken koherens módon szinte lehetetlen megzavarni. Ilyen zavarokat csak egy viszonylag nagy tömegű test tud kelteni.

[3] Az ALMA HD 163296-ról és más hasonló rendszerekről készített felvételei finom koncentrikus gyűrűk és rések mintázatait tárták fel a protoplanetáris korongokban. Ezek a rések valószínűleg a porba és gázba ágyazódott bolygókezdemények jelenlétéről árulkodnak, melyek tisztára söpörték a pályájukat, illetve begyűjtötték az ott keringő törmeléket. Ennek a konkrét korongnak a korábbi vizsgálata már feltárta, hogy a porban és gázban mutatkozó rések egybeesnek, ami legalább két keletkezőben lévő bolygótest jelenlétére utal. Ezek azonban csak közvetett bizonyítékok voltak, és semmit sem árultak el a bolygók tömegéről.

[4] Ezek a távolságok 80, 140 és 260 Nap–Föld-távolságnak (csillagászati egység) felelnek meg.

[5] A módszer hasonlít ahhoz, amely segítségével a Neptunusz bolygót a 19. században felfedezték. Akkor az Uránusz bolygó mozgásának anomáliáiból következtettek egy ismeretlen test gravitációs hatására, amit aztán 1846-ban vizuálisan is megtaláltak. Mint kiderült, ez nem volt más, mint a Naprendszer nyolcadik bolygója.

Forrás: ESO

Az eredményeket bemutató szakcikkek:
Teague, R. D. et al. „A Kinematical Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets”, 2018. június, The Astrophysical Journal Letters, 860, 12
Pinte, C. et al., „Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”, 2018. június, The Astrophysical Journal Letters, 860, 13

Hozzászólás

hozzászólás