Atunci când caută planete extra-solare, astronomii se bazează cel mai adesea pe o serie de tehnici indirecte. Dintre acestea, metoda de tranzit (aka fotometrie de tranzit) și metoda de viteză radială (de asemenea spectroscopie Doppler) sunt cele mai eficiente și fiabile (în special atunci când sunt utilizate în combinație). Din păcate, imagistica directă este rară, deoarece este foarte dificil să observi un exoplanet slab în mijlocul strălucirii stelei sale gazdă.
Cu toate acestea, îmbunătățirile în interferometrele radio și imagistica în infraroșu aproape au permis astronomilor să imagineze discuri protoplanetare și să deducă orbitele exoplanetelor. Folosind această metodă, o echipă internațională de astronomi a capturat recent imagini ale unui sistem planetar nou format. Studiind lacunele și structurile asemănătoare cu inelul acestui sistem, echipa a putut să ipoteze dimensiunea posibilă a unui exoplanet.
Studiul, intitulat „Inele și lacune în discul din jurul lui Elias 24 dezvăluit de ALMA”, a apărut recent în Avize lunare ale Royal Astronomical Society. Echipa a fost condusă de Giovanni Dipierro, un astrofizician de la Universitatea din Leicester și a inclus membri de la Centrul de Astrofizică Harvard – Smithsonian (CfA), Observatorul comun ALMA, Observatorul Național de Astronomie Radio, Institutul Max-Planck pentru Astronomie, și mai multe universități și institute de cercetare.
În trecut, inele de praf au fost identificate în multe sisteme protoplanetare, iar originile și relația lor cu formarea planetară sunt subiectul multor dezbateri. Pe de o parte, acestea ar putea fi rezultatul acumulării de praf în anumite regiuni, a instabilităților gravitaționale sau chiar a unor variații ale proprietăților optice ale prafului. În mod alternativ, acestea ar putea fi rezultatul unor planete care s-au dezvoltat deja, care fac ca praful să se disipeze pe măsură ce trec prin el.
După cum au explicat Dipierro și colegii săi în studiul lor:
„Scenariul alternativ invocă discuri active dinamic, în care planetele s-au format deja sau sunt în act de formare. O planetă încorporată va excita valurile de densitate în discul înconjurător, care apoi își vor depozita momentul unghiular pe măsură ce sunt disipate. Dacă planeta este suficient de masivă, schimbul de moment unghiular între undele create de planetă și discul are ca rezultat formarea unei singure sau multiple goluri, ale căror caracteristici morfologice sunt strâns legate de condițiile locale ale discului și de proprietățile planetei. "
În scopul studiului lor, echipa a utilizat date din observațiile ciclului 2 de la Atacama Large Millimeter / Sub-millimeter Array (ALMA) - care au început în iunie 2014. În acest fel, au putut să imagineze praful din jurul lui Elias 24 cu o rezoluție de aproximativ 28 AU (adică de 28 de ori distanța dintre Pământ și Soare). Ceea ce au găsit au fost dovezi ale unor goluri și inele care ar putea fi o indicație a unei planete orbitante.
Din aceasta, au construit un model al sistemului care a luat în considerare masa și locația acestei potențiale planete și modul în care distribuția și densitatea prafului l-ar determina să evolueze. După cum indică în studiul lor, modelul lor reproduce destul de bine observațiile inelului de praf și au prezis prezența unui gigant gazos asemănător lui Jupiter în patruzeci și patru de mii de ani:
„Constatăm că emisia de praf de pe disc este în concordanță cu prezența unei planete încorporate cu o masă de? 0,7? MJ la o rază orbitală de? 60 aua… Harta luminozității suprafeței modelului nostru de disc oferă o potrivire rezonabilă cu structurile de tip gap și ring observate în Elias 24, cu o medie de discrepanță de 5% per cent din fluxurile observate în jurul regiunii gap. “
Aceste rezultate consolidează concluzia că golurile și inelele care au fost observate într-o mare varietate de discuri circumstanțiale tinere indică prezența planetelor orbitante. După cum a indicat echipa, aceasta este în concordanță cu alte observații ale discurilor protoplanetare și ar putea ajuta să arunce lumină asupra procesului de formare a planetei.
„Imaginea care rezultă din recentele observații de înaltă rezoluție și sensibilitate ridicată a discurilor protoplanetare este că caracteristicile de tip gap și ring sunt predominante într-o gamă largă de discuri cu mase și vârste diferite”, concluzionează. „Noi imagini ALMA de înaltă rezoluție și de înaltă fidelitate a emisiilor de linii termice și CO de praf și date de împrăștiere de înaltă calitate vor fi de ajutor pentru a găsi dovezi suplimentare ale mecanismelor din spatele formării lor.”
Una dintre cele mai dificile provocări când vine vorba de studierea formării și evoluției planetelor este faptul că astronomii au fost în mod tradițional incapabili să vadă procesele în acțiune. Dar, datorită îmbunătățirilor instrumentelor și capacității de a studia sisteme extra-solare cu stele, astronomii au putut vedea sistemele în diferite puncte ale procesului de formare.
La rândul nostru, aceasta ne ajută să ne perfecționăm teoriile despre cum a ajuns sistemul solar și poate într-o zi ne permite să prezicem exact ce tipuri de sisteme se pot forma în sistemele cu stele tinere.
