De geboorteplaatsen van planeten zijn schijven gemaakt van gas en stof. Astronomen bestuderen deze zogenaamde protoplanetaire schijven om de processen van planeetvorming te begrijpen. Prachtige afbeeldingen van schijven gemaakt met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hoe duidelijke openingen en ringen in stof, die kunnen worden veroorzaakt door jonge planeten.

Om meer zekerheid te krijgen dat deze gaten daadwerkelijk door planeten worden veroorzaakt, en om een ​​vollediger beeld te krijgen van de planeetvorming, wetenschappers bestuderen het gas in de schijven naast stof. 99 procent van de massa van een protoplanetaire schijf is gas, waarvan koolmonoxide (CO) gas de helderste component is, uitstralend met een zeer onderscheidend licht met een millimetergolflengte dat ALMA kan waarnemen.

Vorig jaar, twee teams van astronomen demonstreerden met dit gas een nieuwe techniek voor het jagen op planeten. Ze maten de snelheid van CO-gas dat in de schijf rond de jonge ster HD 163296 roteerde. Lokale verstoringen in de bewegingen van het gas onthulden drie planeetachtige patronen in de schijf.

In deze nieuwe studie hoofdauteur Richard Teague van de Universiteit van Michigan en zijn team gebruikten nieuwe ALMA-gegevens met hoge resolutie van de Disk Substructures bij High Angular Resolution Project (DSHARP) om de snelheid van het gas in meer detail te bestuderen. "Met de high-fidelity-gegevens van dit programma, we konden de snelheid van het gas in drie richtingen meten in plaats van slechts één, "zei Teague. "Voor de eerste keer, we maten de beweging van het gas dat rond de ster draait, naar of weg van de ster, en omhoog of omlaag in de schijf."

Unieke gasstromen

Teague en zijn collega's zagen het gas op drie verschillende locaties vanuit de bovenste lagen naar het midden van de schijf bewegen. "Wat hoogstwaarschijnlijk gebeurt, is dat een planeet in een baan rond de ster het gas en stof opzij duwt, een opening openen, " legde Teague uit. "Het gas boven de opening stort dan erin als een waterval, waardoor een roterende gasstroom in de schijf."

Dit is het beste bewijs tot nu toe dat er inderdaad planeten worden gevormd rond HD 163296. Maar astronomen kunnen niet met honderd procent zekerheid zeggen dat de gasstromen worden veroorzaakt door planeten. Bijvoorbeeld, het magnetische veld van de ster kan ook storingen in het gas veroorzaken. "Direct, alleen een directe observatie van de planeten zou de andere opties kunnen uitsluiten. Maar de patronen van deze gasstromen zijn uniek en het is zeer waarschijnlijk dat ze alleen kunnen worden veroorzaakt door planeten, " zei co-auteur Jaehan Bae van de Carnegie Institution for Science, die deze theorie testte met een computersimulatie van de schijf.

De locatie van de drie voorspelde planeten in deze studie komt overeen met de resultaten van vorig jaar:ze bevinden zich waarschijnlijk op 87, 140 en 237 AU. (Een astronomische eenheid – AU – is de gemiddelde afstand van de aarde tot de zon.) De dichtstbijzijnde planeet bij HD 163296 is naar schatting de helft van de massa van Jupiter, de middelste planeet is Jupiter-massa, en de verste planeet is twee keer zo massief als Jupiter.

Planeetatmosferen

Sinds het einde van de jaren '90 wordt door theoretische modellen voorspeld dat gasstromen van het oppervlak naar het middenvlak van de protoplanetaire schijf bestaan. maar dit is de eerste keer dat ze zijn waargenomen. Ze kunnen niet alleen worden gebruikt om jonge planeten te detecteren, ze geven ook vorm aan ons begrip van hoe gasreuzenplaneten hun atmosfeer verkrijgen.

"Planeten vormen zich in de middelste laag van de schijf, het zogenaamde middenvlak. Dit is een koude plaats, afgeschermd van straling van de ster, Teague legde uit. "We denken dat de gaten veroorzaakt door planeten warmer gas binnenbrengen uit de meer chemisch actieve buitenste lagen van de schijf, en dat dit gas de atmosfeer van de planeet zal vormen."

Teague en zijn team hadden niet verwacht dat ze dit fenomeen zouden kunnen zien. "De schijf rond HD 163296 is de helderste en grootste schijf die we met ALMA kunnen zien, " zei Teague. "Maar het was een grote verrassing om deze gasstromen zo duidelijk te zien stromen. De schijven blijken veel dynamischer dan we dachten."

"Dit geeft ons een veel completer beeld van planeetvorming dan we ooit hadden gedroomd, "Zei co-auteur Ted Bergin van de Universiteit van Michigan. "Door deze stromen te karakteriseren, kunnen we bepalen hoe planeten zoals Jupiter worden geboren en hun chemische samenstelling bij de geboorte karakteriseren. We kunnen dit misschien gebruiken om de geboorteplaats van deze planeten te traceren, zoals ze kunnen bewegen tijdens de formatie."