Astronomen die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruiken, hebben opvallende orbitale geometrieën gevonden in protoplanetaire schijven rond dubbelsterren. Terwijl schijven die om de meest compacte dubbelstersystemen draaien bijna hetzelfde vlak delen, schijven die brede dubbelsterren omringen hebben orbitale vlakken die sterk gekanteld zijn. Deze systemen kunnen ons leren over planeetvorming in complexe omgevingen.

In de laatste twee decennia, duizenden planeten zijn gevonden in een baan om andere sterren dan onze zon. Sommige van deze planeten draaien om twee sterren, net als het huis van Luke Skywalker, Tatooine. Planeten worden geboren in protoplanetaire schijven - dankzij ALMA hebben we daar nu prachtige waarnemingen van - maar de meeste schijven die tot nu toe zijn bestudeerd, draaien om enkele sterren. 'Tatooine' exoplaneten ontstaan ​​in schijven rond dubbelsterren, zogenaamde circumbinaire schijven.

Het bestuderen van de geboorteplaatsen van 'Tatooine'-planeten biedt een unieke kans om te leren hoe planeten zich in verschillende omgevingen vormen. Astronomen weten al dat de banen van dubbelsterren de schijf eromheen kunnen vervormen en kantelen, resulterend in een circumbinaire schijf die niet goed is uitgelijnd ten opzichte van het baanvlak van zijn gastheersterren. Bijvoorbeeld, in een studie uit 2019 onder leiding van Grant Kennedy van de Universiteit van Warwick, VK, ALMA vond een opvallende cirkelvormige schijf in een polaire configuratie.

"Met onze studie we wilden meer leren over de typische geometrieën van circumbinaire schijven, " zei astronoom Ian Czekala van de University of California in Berkeley. Czekala en zijn team gebruikten ALMA-gegevens om de mate van uitlijning van negentien protoplanetaire schijven rond dubbelsterren te bepalen. "De ALMA-gegevens met hoge resolutie waren van cruciaal belang voor het bestuderen van enkele van de kleinste en zwakste circumbinaire schijven nog, ' zei Tsjechala.

De astronomen vergeleken de ALMA-gegevens van de circumbinaire schijven met de tientallen 'Tatooine'-planeten die met de Kepler-ruimtetelescoop zijn gevonden. Tot hun verbazing, het team ontdekte dat de mate waarin dubbelsterren en hun circumbinaire schijven verkeerd zijn uitgelijnd, sterk afhankelijk is van de omlooptijd van de gastheersterren. Hoe korter de omlooptijd van de dubbelster, hoe waarschijnlijker het is om een ​​schijf te hosten in lijn met zijn baan. Echter, binaire bestanden met perioden langer dan een maand hosten doorgaans verkeerd uitgelijnde schijven.

"We zien een duidelijke overlap tussen de kleine schijven, in een baan om compacte dubbelsterren, en de omringende planeten gevonden met de Kepler-missie, " zei Czekala. Omdat de primaire Kepler-missie 4 jaar duurde, astronomen konden alleen planeten ontdekken rond dubbelsterren die in minder dan 40 dagen om elkaar heen draaien. En al deze planeten waren uitgelijnd met de banen van hun gastheerster. Een slepend mysterie was of er veel verkeerd uitgelijnde planeten zouden zijn die Kepler moeilijk zou vinden. "Met onze studie we weten nu dat er waarschijnlijk geen grote populatie verkeerd uitgelijnde planeten is die Kepler heeft gemist, aangezien circumbinaire schijven rond strakke dubbelsterren ook typisch zijn uitgelijnd met hun stellaire gastheren, ", voegde Tsjechala eraan toe.

Nog altijd, op basis van deze bevinding, de astronomen concluderen dat er niet goed uitgelijnde planeten rond brede dubbelsterren zouden moeten zijn en dat het een opwindende populatie zou zijn om naar te zoeken met andere methoden om exoplaneten te vinden, zoals directe beeldvorming en microlensing. (De Kepler-missie van NASA gebruikte de transitmethode, wat een van de manieren is om een ​​planeet te vinden.)

Czekala wil nu uitzoeken waarom er zo'n sterke correlatie is tussen de (verkeerde) uitlijning van de schijf en de omlooptijd van de dubbelster. "We willen bestaande en toekomstige faciliteiten zoals ALMA en de volgende generatie Very Large Array gebruiken om schijfstructuren met uitstekende precisie te bestuderen, " hij zei, "en probeer te begrijpen hoe kromgetrokken of gekantelde schijven de planeetvormingsomgeving beïnvloeden en hoe dit de populatie van planeten die zich binnen deze schijven vormen kan beïnvloeden."

"Dit onderzoek is een goed voorbeeld van hoe nieuwe ontdekkingen voortbouwen op eerdere waarnemingen, " zei Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer voor NRAO en ALMA. "Onderscheidende trends in de circumbinaire schijfpopulatie werden alleen mogelijk gemaakt door voort te bouwen op het fundament van archiefobservatieprogramma's die de ALMA-gemeenschap in eerdere cycli heeft ondernomen."