Astronomen die de gecombineerde kracht van twee Hawaii-telescopen gebruiken, hebben baanbrekende, scherpe nieuwe beelden van een ver planetair systeem dat waarschijnlijk lijkt op een babyversie van ons zonnestelsel.

Met behulp van Subaru Telescope en W. M. Keck Observatory, het team verzamelde en analyseerde gegevens voor een jonge zonachtige ster genaamd LkCa 15. Eerdere studies met behulp van een geavanceerde interferometriemethode hadden geconcludeerd dat drie jonge planeten om deze ster cirkelden. Echter, voor deze methode, het kan bijzonder moeilijk zijn om precies te bepalen hoeveel licht van een planeet komt versus andere bronnen zoals een schijf. Nieuwe gegevens van Subaru en Keck Observatory lijken dit mysterie op te lossen; het grootste deel van het licht waarvan men denkt dat het afkomstig is van de drie kandidaat-planeten, lijkt afkomstig te zijn van een schijf van gas en stof.

"LkCa 15 is een zeer complex systeem, " zei Thayne Currie, hoofdauteur van de studie en astrofysicus bij NASA-Ames Research Center en de Subaru Telescope. "Voordat we onze Keck &Subaru-gegevens analyseerden en dezelfde eerdere gegevens over het maskeren van diafragma's, we zouden ook hebben geconcludeerd dat LkCa 15 drie gedetecteerde superjovische planeten heeft."

De resultaten van het team worden binnenkort gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven .

LkCa 15 is omgeven door een enorme protoplanetaire schijf gemaakt van gas en stof, die de bouwstenen zijn van planeten. Vroege analyse van deze schijf toonde aan dat deze een grote holte heeft die ontdaan is van stof - een veelbetekenend teken dat veel van het schijfmateriaal al is verwerkt in massieve, het ontwikkelen van planetaire embryo's, of 'protoplaneten'. Hoewel de studie zeer heldere superjovische planeten uitsluit, Currie zegt dat het waarschijnlijk is dat zwakker, minder massieve planeten kunnen zich in het LkCa 15-systeem bevinden:misschien die zoals Jupiter en Saturnus.

"De planeten in dit jonge zonnestelsel zouden eigenlijk veel meer op ons eigen zonnestelsel kunnen lijken dan eerder werd gedacht. Ze zijn er zeker ergens, mogelijk ingebed in de schijf. We zullen blijven proberen ze te vinden, ' zei Currie.

Methodologie

De bevindingen werden gedaan met behulp van afbeeldingen met een hoge resolutie van het LkCa 15-systeem verkregen van complementaire instrumenten op Maunakea. Bij Subaru, onderzoekers gebruikten een nieuw hypermodern planeetbeeldinstrument - het Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) -systeem gekoppeld aan de CHARIS integrale veldspectrograaf om extreem scherpe beelden te verkrijgen bij nabij-infrarode golflengten. Het team gebruikte ook het krachtige adaptieve optische systeem van Keck Observatory en de Near-Infrared Camera (NIRC2) om nieuwe scherpe beelden te verkrijgen bij langere, thermisch-infraroodgolflengten waar jonge planeten meer licht uitstralen.

Het team kreeg ook een 'voor-en-na'-weergave van het systeem door toegang te krijgen tot het Keck Observatory Archive (KOA) om NIRC2-gegevens te vinden die zijn genomen voor LkCa 15 uit 2009 - meer dan acht jaar vóór de meest recente SCExAO/CHARIS- en NIRC2-beelden. KOA is een openbaar toegankelijke opslagplaats van alle hoogwaardige gegevens die zijn verkregen bij het observatorium en wordt beheerd door Keck Observatory in samenwerking met het NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) in Caltech.

De gecombineerde gegevens toonden aan dat het meeste licht rond LkCa 15 afkomstig is van een uitgestrekte boogachtige structuur - de zichtbare rand van een ander onderdeel van de schijf van LkCa 15. Deze boog heeft dezelfde helderheid die eerder werd toegeschreven aan planeten rond LkCa 15.

De bijna tien jaar oude KOA-gegevens voor LkCa 15 spelen een unieke rol bij het begrijpen van dit planetaire systeem. In vergelijking met nieuwe Keck Observatory en Subaru Telescope-gegevens, de KOA-gegevens toonden ook aan dat het licht dat wordt uitgestraald door de boogachtige structuur van LkCa 15 in de loop van acht jaar statisch is.

"Dit komt overeen met een vast, schijfachtige structuur. Zonder de KOA, we zouden dit belangrijke feit niet hebben kunnen weten, ' zei Currie.

"Het is geweldig om te zien dat deze nieuwe gegevens van Keck en Subaru worden gecombineerd met gegevens van de KOA, " zei John O'Meara, hoofdwetenschapper bij Keck Observatory. "Dit resultaat toont het belang van de KOA, en is een geweldige demonstratie van hoe nieuwe ontdekkingen kunnen worden gedaan met 'oude' gegevens."

Volgende stappen

Het team zal zijn zoektocht naar protoplaneten in LkCa 15 voortzetten, omdat het algemeen wordt beschouwd als een uitstekend laboratorium voor het bestuderen van planeetvorming. Hoewel het een uitdaging zal zijn om deze verduisterde planeten te vinden en hun licht van de schijf van LkCa 15 te scheiden, er is een duidelijke weg vooruit.

Onlangs, Keck Observatory heeft de beeldvormingscapaciteit van de planeet van NIRC2 aanzienlijk verbeterd als onderdeel van het Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC)-project. Het systeem werd uitgerust met een nieuwe camera om beelden van rode, flauwvallen, verre sterren zoals LkCa 15 en coronagrafen om de schittering van sterlicht beter te blokkeren waardoor we planeten niet gemakkelijk kunnen zien.

evenzo, SCExAO wordt ook verder geüpgraded met extra camera's om zwakkere planeten dicht bij hun sterren beter te kunnen identificeren. Deze verbeteringen zouden KPIC en SCExAO in staat kunnen stellen om zwakke Jupiter-achtige planeten in Saturn-achtige banen te zien bewegen tegen de achtergrond van de schijf van LkCa 15.

Verder in de toekomst, een opvolger van SCExAO en KPIC op de aanstaande Thirty Meter Telescope op Maunakea - de Planetary Systems Imager - zou zelfs kleinere massa kunnen afbeelden en karakteriseren, zwakkere planeten rond LkCa 15 op Mars-naar-Jupiter-achtige banen.

State-of-the-art planet-imaging-instrumenten zoals SCExAO en KPIC "openen de deur naar een beter begrip van de oorsprong en evolutie van planetaire systemen, en of de geschiedenis van ons eigen zonnestelsel gebruikelijk of zeldzaam is, " zei Motohide Tamura, de directeur van het Astrobiology Center of National Institutes of Natural Sciences in Japan en co-auteur van deze studie.