Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de European Southern Observatory (ESO) een partner is, astronomen hebben voor het eerst de aanwezigheid van een schijf rond een planeet buiten ons zonnestelsel ondubbelzinnig gedetecteerd. De waarnemingen zullen nieuw licht werpen op hoe manen en planeten zich vormen in jonge sterrenstelsels.

"Ons werk biedt een duidelijke detectie van een schijf waarin zich satellieten zouden kunnen vormen, " zegt Myriam Benisty, een onderzoeker aan de Universiteit van Grenoble, Frankrijk, en aan de Universiteit van Chili, die het nieuwe onderzoek leidde dat vandaag is gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven . "Onze ALMA-waarnemingen werden verkregen met zo'n voortreffelijke resolutie dat we duidelijk konden vaststellen dat de schijf geassocieerd is met de planeet en we zijn in staat om voor het eerst de grootte ervan te beperken, " zij voegt toe.

De schijf in kwestie een zogenaamde circumplanetaire schijf, omringt de exoplaneet PDS 70c, een van de twee gigantische, Jupiter-achtige planeten die rond een ster draaien op een afstand van bijna 400 lichtjaar. Astronomen hadden al eerder hints gevonden van een "maanvormende" schijf rond deze exoplaneet, maar, omdat ze de schijf niet duidelijk konden onderscheiden van zijn omgeving, ze konden de detectie ervan niet bevestigen - tot nu toe.

In aanvulling, met de hulp van ALMA, Benisty en haar team ontdekten dat de schijf ongeveer dezelfde diameter heeft als de afstand van onze zon tot de aarde en genoeg massa om tot drie satellieten zo groot als de maan te vormen.

Maar de resultaten zijn niet alleen de sleutel om erachter te komen hoe manen ontstaan. "Deze nieuwe waarnemingen zijn ook uiterst belangrijk om theorieën over planeetvorming te bewijzen die tot nu toe niet konden worden getest, " zegt Jaehan Bae, een onderzoeker van het Earth and Planets Laboratory van het Carnegie Institute for Science, ONS., en auteur van de studie.

Planeten ontstaan ​​in stoffige schijven rond jonge sterren, holten uithakken terwijl ze materiaal van deze circumstellaire schijf opslokken om te groeien. In dit proces, een planeet kan zijn eigen cirkelvormige schijf krijgen, die bijdraagt ​​aan de groei van de planeet door de hoeveelheid materiaal die erop valt te reguleren. Tegelijkertijd, het gas en stof in de cirkelvormige schijf kunnen samenkomen in steeds grotere lichamen door meerdere botsingen, uiteindelijk leidend tot de geboorte van manen.

Maar astronomen begrijpen de details van deze processen nog niet volledig. "Kortom, het is nog onduidelijk wanneer, waar, en hoe planeten en manen ontstaan, " legt ESO-onderzoeker Stefano Facchini uit, ook betrokken bij het onderzoek.

"Tot nu toe zijn er meer dan 4000 exoplaneten gevonden, maar ze werden allemaal gedetecteerd in volwassen systemen. PDS 70b en PDS 70c, die een systeem vormen dat doet denken aan het Jupiter-Saturnus-paar, zijn de enige twee tot nu toe gedetecteerde exoplaneten die nog in opbouw zijn, " legt Miriam Keppler uit, onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Astronomie in Duitsland en een van de co-auteurs van de studie.

"Dit systeem biedt ons daarom een ​​unieke kans om de processen van planeet- en satellietvorming te observeren en te bestuderen, " voegt Facchini toe.

PDS 70b en PDS 70c, de twee planeten waaruit het systeem bestaat, werden voor het eerst ontdekt met behulp van ESO's Very Large Telescope (VLT) in respectievelijk 2018 en 2019, en hun unieke aard betekent dat ze sindsdien vele malen met andere telescopen en instrumenten zijn waargenomen.

Dankzij de nieuwste ALMA-waarnemingen met hoge resolutie hebben astronomen nu meer inzicht in het systeem gekregen. Naast het bevestigen van de detectie van de circumplanetaire schijf rond PDS 70c en het bestuderen van de grootte en massa, ze ontdekten dat PDS 70b geen duidelijk bewijs van een dergelijke schijf vertoont, wat aangeeft dat het door PDS 70c was uitgehongerd door stof uit zijn geboorteomgeving.

Een nog dieper begrip van het planetenstelsel zal worden verkregen met ESO's Extremely Large Telescope (ELT), momenteel in aanbouw op Cerro Armazones in de Chileense Atacama-woestijn. "De ELT zal de sleutel zijn voor dit onderzoek omdat, met zijn veel hogere resolutie, kunnen we het systeem tot in detail in kaart brengen, " zegt co-auteur Richard Teague, een onderzoeker bij het Centrum voor Astrofysica | Harvard &Smithsonian, VS. In het bijzonder, door gebruik te maken van de Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) van de ELT, het team kan kijken naar de gasbewegingen rond de PDS 70c om een ​​volledig 3D-beeld van het systeem te krijgen.

Dit onderzoek werd gepresenteerd in de paper "A Circumplanetary Disk Around PDS 70c" om te verschijnen in De astrofysische journaalbrieven .