Astronomen zijn het erover eens dat planeten worden geboren in protoplanetaire schijven - ringen van stof en gas die jonge, pasgeboren sterren omringen. Hoewel honderden van deze schijven in het hele universum zijn waargenomen, zijn waarnemingen van werkelijke planetaire geboorte en vorming moeilijk gebleken in deze omgevingen.

Nu, astronomen van het Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian hebben een nieuwe manier ontwikkeld om deze ongrijpbare pasgeboren planeten te detecteren - en daarmee het 'rokende geweer'-bewijs van een kleine Neptunus- of Saturnus-achtige planeet die op de loer ligt in een schijf. De resultaten worden vandaag beschreven in The Astrophysical Journal Letters .

"Het rechtstreeks detecteren van jonge planeten is een hele uitdaging en is tot nu toe slechts in een of twee gevallen gelukt", zegt Feng Long, een postdoctoraal onderzoeker bij het Center for Astrophysics die de nieuwe studie leidde. "De planeten zijn altijd te zwak om te zien, omdat ze ingebed zijn in dikke lagen gas en stof."

Wetenschappers moeten in plaats daarvan op zoek gaan naar aanwijzingen om te concluderen dat een planeet zich onder het stof ontwikkelt.

"In de afgelopen jaren hebben we veel structuren op schijven zien verschijnen waarvan we denken dat ze worden veroorzaakt door de aanwezigheid van een planeet, maar het kan ook door iets anders worden veroorzaakt", zegt Long. "We hebben nieuwe technieken nodig om te kijken en te ondersteunen dat er een planeet is."

Voor haar studie besloot Long een protoplanetaire schijf, bekend als LkCa 15, opnieuw te onderzoeken. De schijf bevindt zich op een afstand van 518 lichtjaar en bevindt zich in het sterrenbeeld Stier aan de hemel. Wetenschappers rapporteerden eerder bewijs voor planeetvorming in de schijf met behulp van waarnemingen met het ALMA-observatorium.

Long dook in nieuwe ALMA-gegevens met hoge resolutie over LkCa 15, voornamelijk verkregen in 2019, en ontdekte twee vage kenmerken die nog niet eerder waren gedetecteerd.

Ongeveer 42 astronomische eenheden verwijderd van de ster - of 42 keer de afstand tussen de aarde en de zon - ontdekte Long een stoffige ring met twee afzonderlijke en heldere bundels materiaal die erin cirkelen. Het materiaal nam de vorm aan van een kleine klomp en een grotere boog en was 120 graden van elkaar gescheiden.

Long onderzocht het scenario met computermodellen om erachter te komen wat de ophoping van materiaal veroorzaakte en ontdekte dat hun grootte en locaties overeenkwamen met het model voor de aanwezigheid van een planeet.

"Deze boog en klomp zijn ongeveer 120 graden van elkaar gescheiden", zegt ze. "Die mate van scheiding gebeurt niet zomaar, het is wiskundig belangrijk."

Lange punten naar posities in de ruimte die bekend staan ​​als Lagrange-punten, waar twee bewegende lichamen - zoals een ster en een om de aarde draaiende planeet - versterkte aantrekkingskrachten om hen heen produceren waar materie zich kan ophopen.

"We zien dat dit materiaal niet alleen vrij rondzweeft, het is stabiel en heeft een voorkeur waar het zich wil bevinden op basis van de fysica en de betrokken objecten", legt Long uit.

In dit geval bevinden de boog en de materiaalklomp die Long is gedetecteerd zich op de L₄ en L₅ Lagrange punten. Verborgen 60 graden tussen hen is een kleine planeet die de ophoping van stof veroorzaakt op de punten L₄ en L₅ .

De resultaten laten zien dat de planeet ongeveer zo groot is als Neptunus of Saturnus, en ongeveer één tot drie miljoen jaar oud. (Dat is relatief jong als het om planeten gaat.)

Het is misschien niet snel mogelijk om de kleine, pasgeboren planeet rechtstreeks in beeld te brengen vanwege technologische beperkingen, maar Long gelooft dat verdere ALMA-waarnemingen van LkCa 15 aanvullend bewijs kunnen leveren ter ondersteuning van haar planetaire ontdekking.

Ze hoopt ook dat haar nieuwe benadering voor het detecteren van planeten - met materiaal dat zich bij voorkeur ophoopt op Lagrange-punten - in de toekomst door astronomen zal worden gebruikt.

"Ik hoop echt dat deze methode in de toekomst op grote schaal kan worden toegepast", zegt ze. "Het enige voorbehoud is dat dit zeer diepe gegevens vereist omdat het signaal zwak is." + Verder verkennen

De allereerste detectie van gas in een planetaire schijf