Astronomer har med teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) för första gången observerat en viktig fas i hur stora planeter föds. Vidsträckta strömmar av gas flödar över en hålighet i skivan runt en ung stjärna. Det är första gången sådana strömmar, som antas härröra från stora planeter i skivan som slukar gas, har observerats direkt. Resultaten publicerades i forskningstidskriften Nature den 2 januari 2013.
Det internationella teamet studerade den unga stjärnan HD 142527, som ligger ungefär 450 ljusår från jorden och är omgiven av en skiva av gas och kosmiskt stoft. Skivan är resterna av det större moln som stjärnan bildades från. Stoftskivan är delad i en inre och en yttre del och håligheten mellan dessa delar antas ha karvats ut av nyfödda gasplaneter som avlägsnat gasen medan de växer. Den inre skivan sträcker sig från stjärnan till motsvarande Saturnus omloppsbana i vårt solsystem, medan den yttre skivan börjar 14 gånger längre ut. Den yttre skivan sträcker sig inte hela vägen runt stjärnan, istället har den formen av en hästsko, vilket antagligen har orsakats av gravitationen från gasplaneterna.
Enligt teorier för hur planetsystem bildas växer gasjättarna genom att fånga in gas från den yttre skivan i strömmar som bildar broar över håligheterna i skivan.
Simon Casassus vid Universidad de Chile har lett studien.
– Astronomerna har förutspått att de här strömmarna måste finnas, men det här är de första gången vi har kunnat se dem direkt. Tack vara det nya ALMA-teleskopet har vi kunnat göra direkta observationer som belyser teorierna för hur planeter bildas!
Casassus och hans team använde ALMA för att leta efter gas och kosmiskt stoft omkring stjärnan, och kunde se finare detaljer samt se närmare stjärnan än vad man kunnat göra med tidigare teleskop. En stor fördel är att ALMA:s observationer vid submillimetervåglängder inte alls påverkas av ljuset från stjärnan, vilket är ett problem när man studerar planetsystem vid infraröda eller synliga våglängder.
Sebastián Pérez, också vid Universidad de Chile är medlem i teamet.
- Vi tror att det finns en stor planet gömd i var och en av strömmarna, som de också ger upphov till. Planeterna växer genom att dra till sig gas från den yttre skivan, men de har dåligt bordskick: det som blir över rör sig sedan mot den inre skivan omkring stjärnan.
Observationerna svarar också på en annan fråga om skivan runt HD 142527. Eftersom stjärnan i mitten fortfarande växer genom att fånga upp material från den inre skivan borde den skivan redan varit uppäten om den inte på något sätt blev kontinuerligt påfylld. Teamet kunde räkna ut att hastigheten med vilken den överblivna gasen strömmar in i den inre skivan är precis så länge att den hela tiden fyller på den inre skivan, samt matar den växande stjärnan.
Det är också första gången man har hittat diffus gas i hålet i skivan.
- Astronomerna har länge letat efter sådan gas men tidigare har vi bara haft indirekta bevis för att den finns. Med ALMA kan vi se den direkt, förklarar Gerrit van der Plas, en annan av teammedlemmarna vid Universidad de Chile.
Denna diffusa gas som finns i skivans hål är ytterligare bevis för att strömmarna orsakas av gasjättar, och inte större objekt som till exempel en stjärna.
- En andra stjärna borde ha rensat hålet på gas, och inte lämnat någon kvar. Genom att studera hur mycket gas som finns kvar kan vi precicera massorna hos objekt som rensat hålet, lägger Pérez till.
Planeterna då? Cassasus förklarar att även om man inte detekterade dem direkt är teammedlemmarna inte överraskade.
- Vi har tidigare letat efter planeterna med de bästa instrumenten för infrarött ljus på andra teleskop, men inte hittat dem. Vi förväntar oss att planeterna som håller på att bildas är djupt inbäddade i gasströmmarna, som inte går att se igenom, och därför finns det små chanser att direkt se planeterna.
Trots det försöker nu astronomerna lista ut mer om de misstänkta planeterna genom att studera gasströmmarna samt den tunna gasen. ALMA är fortfarande under uppbyggnad och har ännu inte nått sin fulla prestanda. När teleskopet är färdigt kommer observationerna vara ännu skarpare och om man då skulle observera strömmarna igen skulle teamet kunna bestämma planeternas egenskaper, inklusive deras massa.
