Met slechts 1% van de leeftijd van de zon, het binaire systeem DS Tuc laat ons zien hoe een planeet zich van nature zou kunnen ontwikkelen voordat zijn baan wordt verstoord door externe krachten.

Een jonge planeet op 150 lichtjaar afstand heeft UNSW Sydney-astrofysici een zeldzame kans gegeven om een ​​planetair systeem in wording te bestuderen.

De bevindingen, onlangs gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift , suggereren dat de planeet DS Tuc Ab - die om een ​​ster in een dubbelstersysteem draait - is gevormd zonder zwaar te zijn beïnvloed door de zwaartekracht van de tweede ster.

"We verwachtten dat de aantrekkingskracht van de tweede ster de roterende schijf van gas en stof zou doen kantelen die ooit de hoofdster omringde - een proces dat de baan van de planeet zou scheeftrekken, " zegt dr. Benjamin Montet, Scientia Fellow bij UNSW Sydney en hoofdauteur van de studie.

"Verrassend genoeg, we hebben geen bewijs gevonden dat de baan van de planeet werd beïnvloed. We hebben ook ontdekt dat de planeet is gevormd door relatief rustige processen - wat betekent dat het voor aardachtige planeten mogelijk zou kunnen zijn om te overleven in binaire systemen zoals deze."

Dr. Montet werkte met een internationaal team van onderzoekers bij de Magellan Telescopes in het Las Campanas Observatorium in Chili. Ze gebruikten de Planet Finder Spectrograph om het Rossiter-McLaughlin-effect te meten, dat is de relatieve hoek tussen de baan van de planeet en de draaiing van zijn ster.

Ze ontdekten dat de planeet DS Tuc Ab om zijn ster draait in een relatief plat vlak, op een helling van ongeveer 12 graden vanaf de rotatieas van de ster. Deze lage helling, de obliquiteit genoemd, suggereert dat de aantrekkingskracht van de begeleidende ster de baan van de protoplanetaire schijf waar DS Tuc Ab is gevormd, niet significant heeft gekanteld.

Terwijl planeten in het zonnestelsel allemaal een lage scheefstand hebben, het is ongebruikelijk voor planeten zoals DS Tuc Ab.

"De meeste vergelijkbare planeten draaien onder willekeurige hoeken om hun ster, soms tot 90 graden boven de as van hun ster, ' zegt dokter Montet.

"Het DS Tuc-systeem is het eerste bewijs dat hogere orbitale hoeken niet vroeg in het leven van een ster worden gedefinieerd - ze zijn een effect dat pas later optreedt."

Op 40 miljoen jaar oud, de gasreus DS Tuc Ab wordt in planetaire jaren als een 'pre-tiener' beschouwd. Er zijn minder dan tien planeten waarvan we weten dat ze zo jong zijn.

Zijn leeftijd is een unieke kans voor astrofysici om een ​​systeem in ontwikkeling te bestuderen voordat externe invloeden tussenbeide komen.

"Om erachter te komen hoe lang planetenstelsels meegaan, we hebben systemen nodig die te jong zijn om door dynamische interacties te gaan, maar oud genoeg om planeten te hebben gevormd. Het DS Tuc-systeem zit precies in die niche, ' zegt dokter Montet.

DS Tuc Ab:een 'Hete Neptunus'

De planeet DS Tuc Ab is een gasplaneet ter grootte van Neptunus die dicht en snel om zijn ster draait - een ronde om zijn ster duurt slechts 8,1 dagen. Dit soort planeten staat bekend als 'Hete Neptunus' vanwege hun hoge snelheden en de nabijheid van hun sterren.

Hete Neptunus is anders dan alles wat we in het zonnestelsel hebben.

Zelfs de kleinste en dichtste planeet bij onze zon, Kwik, duurt bijna 100 dagen om zijn baan te voltooien. Onze dichtstbijzijnde gasplaneet, Jupiter, duurt meer dan 4300 dagen.

Het is onwaarschijnlijk dat reuzengasplaneten zich dicht bij hun sterren ontwikkelen. Het huidige inzicht is dat ze zich verder weg vormen en, overuren, een kracht zorgt ervoor dat ze dichter bij hun sterren komen.

Wetenschappers willen weten wat die kracht is.

"Er zijn twee hoofdtheorieën over hoe Hete Neptunus zo dicht bij hun sterren kwam, " zegt dr. Montet.

"Eén theorie is dat een externe kracht - mogelijk een botsing met meerdere lichamen in de buurt - ze dichterbij 'schopt', waar ze wiebelen en uiteindelijk in een nieuwe baan terechtkomen.

"Een andere theorie is dat soepele processen in de planeetschijf een kracht creëren die de planeet geleidelijk dichter naar de ster trekt."

Het testen van de scheefstand kan wetenschappers helpen ontdekken welke kracht in het spel was. Planeten met een lage scheefstand worden gevormd door gladde schijfprocessen, terwijl meer dramatische processen zullen leiden tot willekeurige of hoge obliquities.

Echter, astrofysici zijn onlangs geïntrigeerd door de suggestie dat brede dubbelsterren de baan van jonge planeten rond hun sterren kunnen kantelen - terwijl dit proces soepel zou verlopen, het zou resulteren in planeten met hoge orbitale neigingen.

"Als het waar is, dit zou onze theorie van planeetvorming op zijn kop zetten!" zegt Dr. Montet.

Hoewel die theorie niet werd ondersteund door de lage scheefstand van DS Tuc Ab, wetenschappers kijken naar de hemel om meer jonge binaire systemen te testen.

De volgende generatie planetenstelsels

Als het gaat om leren van sterrenstelsels, veel van de systemen die we tegenwoordig kunnen waarnemen, geven een onnauwkeurige geschiedenis van het verleden van het systeem.

"De huidige systemen zijn geen pure laboratoria, " zegt dr. Montet.

"Gedurende miljarden jaren, planeet-planeet en planeet-ster interacties kunnen verstrooien, koppel, migreren, en banen verstoren, waardoor wat we vandaag zien heel anders is dan hoe ze aanvankelijk zijn gevormd."

Planeten hebben tussen de 10 en 100 miljoen jaar nodig om zich te vormen, maar de meeste planeten die vanaf de aarde zichtbaar zijn, zijn veel ouder. Het DS Tuc-systeem is 45 miljoen jaar oud - slechts 1% van de leeftijd van de zon.

"DS Tuc Ab is op een interessante leeftijd, " zegt Dr. Montet. "De protoplanetaire schijf is verdwenen, en we kunnen de planeet zien, maar het is nog te jong voor de baan van andere verre sterren om zijn pad te manipuleren.

"Het geeft ons de kans om de dynamiek van planeetvorming te begrijpen op een manier die een vijf miljard jaar oude ster niet kan."

DS Tuc A is de jongste ster waarvoor de uitlijning van de spin-baan ooit is gemeten.

Zoeken in de lucht

DS Tuc Ab is alleen zichtbaar vanaf het zuidelijk halfrond. Het werd vorig jaar ontdekt door NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) -missie - een all-sky survey-missie die tot doel heeft duizenden exoplaneten in de buurt van heldere sterren te ontdekken.

Montet werkte nauw samen met onderzoekers van de universiteiten van Harvard en Carnegie, die ook de scheefstand van DS Tuc Ab heeft gemeten, maar de Doppler-tomografiemethode heeft gebruikt.

"De eerste zoektochten naar exoplaneten werden gedaan in faciliteiten op het noordelijk halfrond, en dus misten ze veel van de planeten ver naar het zuiden, " zegt dr. Montet.

"NASA's TESS-missie brengt daar verandering in. Het is het vinden van al deze planeten rond sterren waar voorheen niet naar was gezocht."

Dr. Montet en zijn team leiden een poging om meer planeten rond jonge sterren te vinden en te karakteriseren. Ze hopen te bestuderen hoe stellaire activiteit, zoals stellaire uitbarstingen en sterrenvlekken, planeetdetectie en bewoonbaarheid kunnen beïnvloeden.

"Het vinden van jonge planeten is een uitdaging. We moeten het gedrag van de moederster echt begrijpen om de ondiepe signalen van deze planeten te kunnen vinden, die overweldigd kunnen worden door sterrenvlekken en zonnevlammen. " zegt Adina Feinstein, een National Science Foundation Graduate Research Fellow aan de Universiteit van Chicago en co-auteur van de studie.

"Er is geen reden waarom aardachtige planeten zich niet zouden kunnen vormen en overleven in hete Neptunus-systemen zoals deze, ' zegt dokter Montet.

'We moeten ze gewoon gaan zoeken.'