Et nyt observatorium, der stadig er under opførelse, har givet astronomer et stort gennembrud i forståelsen af et nærliggende planetarisk system, der kan give værdifulde ledetråde om, hvordan sådanne systemer danner og udvikler sig. Forskerne brugte Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) for at opdage, at planeter, der kredser om stjernen Fomalhaut, skal være meget mindre end oprindeligt troet.
Opdagelsen, som var med til at løse en kontrovers blandt tidligere observatører af systemet, blev muliggjort ved billeder i høj opløsning af en disk eller ring af støv, der kredser om stjernen, cirka 25 lysår fra Jorden. ALMA-billederne viser, at både den indre og den ydre kant af den tynde, støvede disk har meget skarpe kanter. Denne kendsgerning, kombineret med computersimuleringer, fik forskerne til at konkludere, at støvpartiklerne i disken holdes inden i disken ved hjælp af tyngdekraften fra to planeter - en tættere på stjernen end disken og en mere fjern.
Den smalle støvring omkring Fomalhaut. Gul øverst er ALMA-billedet, og det blå i bunden er Hubble Space Telescope-billede. Stjernen befinder sig på stedet for den lyse emission i midten af ringen.
Deres beregninger angav også den sandsynlige størrelse på planeterne - større end Mars, men ikke større end et par gange jordens størrelse. Dette er meget mindre, end astronomer tidligere havde troet. I 2008 havde et Hubble-rumteleskopbillede (HST) -billede afsløret den indre planet, som derefter blev antaget at være større end Saturn, den næststørste planet i vores solsystem. Senere observationer med infrarøde teleskoper kunne imidlertid ikke registrere planeten.
Denne fiasko fik nogle astronomer til at tvivle på eksistensen af planeten i HST-billedet. Desuden opdagede HST-synligt lysbillede meget små støvkorn, der skubbes udad fra stjernens stråling, hvilket således slørede strukturen på den støvede disk. ALMA-observationer, i bølgelængder længere end synligt lys, spores større støvkorn - omkring 1 millimeter i diameter - som ikke bevæges af stjernens stråling. Dette afslørede klart diskens skarpe kanter, som angiver gravitationseffekten af de to planeter.
"Ved at kombinere ALMA-observationer af ringens form med computermodeller kan vi placere meget stramme grænser for massen og kredsløb på en hvilken som helst planet i nærheden af ringen," sagde Aaron Boley, en Sagan-stipendiat ved University of Florida, leder af undersøgelsen. ”Masserne af disse planeter skal være små; ellers ville planeterne ødelægge ringen, ”tilføjede han. De små størrelser på planeterne forklarer, hvorfor de tidligere infrarøde observationer ikke kunne påvise dem, sagde forskerne.
ALMA-undersøgelsen viser, at ringens bredde er cirka 16 gange afstanden fra solen til jorden og kun er en syvendedel så tyk som den er bred. "Ringen er endnu smalere og tyndere end tidligere antaget," sagde Matthew Payne, også fra University of Florida.
Ringen er ca. 140 gange Sol-Jord-afstanden fra stjernen. I vores eget solsystem er Pluto omkring 40 gange fjernere fra solen end Jorden. ”På grund af den lille størrelse på planeterne nær denne ring og deres store afstand fra deres værtstjerne, er de blandt de koldeste planeter, der endnu er fundet, der kredser om en normal stjerne,” sagde Boley.
Forskerne observerede Fomalhaut-systemet i september og oktober 2011, hvor kun ca. en fjerdedel af ALMAs planlagte 66 antenner var tilgængelige. Når konstruktionen er afsluttet næste år, vil det fulde system være meget mere kapabelt. ALMAs nye kapaciteter afslørede imidlertid den fortællende struktur, der havde undgået tidligere millimeterbølgerobservatorer.
”ALMA er muligvis stadig under konstruktion, men det har allerede vist sig at være verdens mest magtfulde teleskop til at observere universet ved millimeter- og submillimeterbølgelængder,” sagde Stuartt Corder fra National Radio Astronomy Observatory, et medlem af det observerende team. Forskerne vil rapportere deres fund i en kommende udgave af Astrophysical Journal Letters.
Virkningen af planeter eller måner på at holde en støvringens kanter skarpe blev først set, da Voyager 1-rumfartøjet fløj af Saturn i 1980 og lavede detaljerede billeder af planetens ringsystem. En ring på planeten Uranus er begrænset skarpt af månerne Cordelia og Ophelia, på nøjagtigt den måde, som ALMA-observatørerne foreslår for ringen omkring Fomalhaut. Månene, der begrænser disse planets ringe, kaldes "hyrde måner."
Månerne eller planeterne, der begrænser sådanne støvringe, gør det gennem tyngdekraftseffekter. En planet på indersiden af ringen kredser hurtigere om stjernen end støvpartiklerne i ringen. Dens tyngdekraft tilføjer energi til partiklerne og skubber dem udad. En planet på ringens yderside bevæger sig langsommere end støvpartiklerne, og dens tyngdekraft mindsker partiklenes energi, hvilket får dem til at falde lidt indad.
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), en international astronomifacilitet, er et partnerskab mellem Europa, Nordamerika og Østasien i samarbejde med Republikken Chile. ALMA er finansieret i Europa af Den Europæiske Organisation for Astronomisk Forskning på den sydlige halvkugle (ESO), i Nordamerika af U.S.National Science Foundation (NSF) i samarbejde med National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og i Østasien af National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Academia Sinica (AS) i Taiwan. ALMA-konstruktion og -operationer ledes på vegne af Europa af ESO, på vegne af Nordamerika af National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som administreres af Associated Universities, Inc. (AUI) og på vegne af Østasien af National Astronomical Japans observatorium (NAOJ). Det fælles ALMA-observatorium (JAO) giver den samlede ledelse og ledelse af konstruktion, idriftsættelse og drift af ALMA.
Genudgivet med tilladelse fra National Radio Astronomy Observatory.