Κατά την αναζήτηση για εξωηλιακούς πλανήτες, οι αστρονόμοι συχνά βασίζονται σε πολλές έμμεσες τεχνικές. Από αυτές, η Μέθοδος Διαμετακόμισης (γνωστή και ως Φωτομετρία Διαμετακόμισης) και η Μέθοδος Ακτινικής Ταχύτητας (γνωστή και ως Φασματοσκοπία Doppler) είναι οι δύο πιο αποτελεσματικές και αξιόπιστες (ειδικά όταν χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό). Δυστυχώς, η άμεση απεικόνιση είναι σπάνια, καθώς είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί ένας εξασθενημένος εξωπλανήτης μέσα στο έντονο φως του αστέρα του.
Ωστόσο, οι βελτιώσεις στα ραδιοφωνικά ιντερφερόμετρα και η σχεδόν υπέρυθρη απεικόνιση επέτρεψαν στους αστρονόμους να απεικονίσουν πρωτοπλανητικούς δίσκους και να συμπεράνουν τις τροχιές των εξωπλανητών. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων κατέγραψε πρόσφατα εικόνες ενός νέου πλανητικού συστήματος. Μελετώντας τα κενά και τις δομές που μοιάζουν με δακτυλίους αυτού του συστήματος, η ομάδα μπόρεσε να υποθέσει το πιθανό μέγεθος ενός εξωπλανήτη.
Η μελέτη, με τίτλο «Δαχτυλίδια και κενά στο δίσκο γύρω από τον Ηλία 24 που αποκαλύφθηκε από την ALMA», εμφανίστηκε πρόσφατα στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Η ομάδα διευθύνθηκε από τον Giovanni Dipierro, αστροφυσικό από το Πανεπιστήμιο του Leicester, και περιελάμβανε μέλη από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard – Smithsonian (CfA), το Κοινό Παρατηρητήριο ALMA, το Εθνικό Παρατηρητήριο Αστρονομίας Ραδιοφώνου, το Ινστιτούτο Max-Planck για την Αστρονομία, και πολλά πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα.
Στο παρελθόν, δακτύλιοι σκόνης έχουν εντοπιστεί σε πολλά πρωτοπλανητικά συστήματα και η προέλευσή τους και η σχέση τους με τον πλανητικό σχηματισμό αποτελούν αντικείμενο πολλών συζητήσεων. Από τη μία πλευρά, μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της συσσώρευσης σκόνης σε ορισμένες περιοχές, βαρυτικών αστάθειας ή ακόμη και διακυμάνσεων στις οπτικές ιδιότητες της σκόνης. Εναλλακτικά, θα μπορούσαν να είναι το αποτέλεσμα των πλανητών που έχουν ήδη αναπτυχθεί, οι οποίοι προκαλούν τη διάλυση της σκόνης καθώς περνούν από αυτήν.
Όπως εξήγησαν ο Dipierro και οι συνάδελφοί του στη μελέτη τους:
«Το εναλλακτικό σενάριο επικαλείται δίσκους που είναι δυναμικά ενεργοί, στους οποίους οι πλανήτες έχουν ήδη σχηματιστεί ή βρίσκονται σε δράση σχηματισμού. Ένας ενσωματωμένος πλανήτης θα διεγείρει τα κύματα πυκνότητας στον περιβάλλοντα δίσκο, που στη συνέχεια αποθέτουν τη γωνιακή ορμή τους καθώς διαλύονται. Εάν ο πλανήτης είναι αρκετά ογκώδης, η ανταλλαγή γωνιακής ορμής μεταξύ των κυμάτων που δημιουργούνται από τον πλανήτη και του δίσκου οδηγεί στο σχηματισμό ενός ή πολλαπλών κενών, των οποίων τα μορφολογικά χαρακτηριστικά συνδέονται στενά με τις τοπικές συνθήκες δίσκου και τις ιδιότητες του πλανήτη. "
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα χρησιμοποίησε δεδομένα από τις παρατηρήσεις του κύκλου 2 Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) - που ξεκίνησαν τον Ιούνιο του 2014. Με αυτόν τον τρόπο, κατάφεραν να απεικονίσουν τη σκόνη γύρω από τον Ηλία 24 με ανάλυση περίπου 28 AU (δηλαδή 28 φορές την απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου). Αυτό που βρήκαν ήταν ενδείξεις κενών και δακτυλίων που θα μπορούσαν να αποτελούν ένδειξη ενός πλανήτη σε τροχιά.
Από αυτό, δημιούργησαν ένα μοντέλο του συστήματος που έλαβε υπόψη τη μάζα και τη θέση αυτού του πιθανού πλανήτη και πώς η κατανομή και η πυκνότητα της σκόνης θα την προκαλούσαν να εξελιχθεί. Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, το μοντέλο τους αναπαράγει πολύ καλά τις παρατηρήσεις του δακτυλίου σκόνης και προέβλεψε την παρουσία ενός γίγαντα αερίου τύπου Δία μέσα σε σαράντα τέσσερις χιλιάδες χρόνια:
«Διαπιστώνουμε ότι η εκπομπή σκόνης στον δίσκο είναι συνεπής με την παρουσία ενός ενσωματωμένου πλανήτη με μάζα? 0,7? MΙ σε τροχιακή ακτίνα; 60? Au… Ο χάρτης φωτεινότητας της επιφάνειας του μοντέλου δίσκου μας παρέχει μια εύλογη αντιστοίχιση με τις διακεντρικές και δακτυλιοειδείς δομές που παρατηρούνται στο Elias 24, με μέση απόκλιση των 5,5% των παρατηρούμενων ροών γύρω από την περιοχή του κενού. "
Αυτά τα αποτελέσματα ενισχύουν το συμπέρασμα ότι τα κενά και οι δακτύλιοι που έχουν παρατηρηθεί σε μια ευρεία ποικιλία νέων περιστασιακών δίσκων υποδεικνύουν την παρουσία πλανητών σε τροχιά. Όπως ανέφερε η ομάδα, αυτό συμβαδίζει με άλλες παρατηρήσεις πρωτοπλανητικών δίσκων και θα μπορούσε να βοηθήσει να ρίξει φως στη διαδικασία του πλανητικού σχηματισμού.
«Η εικόνα που προκύπτει από τις πρόσφατες παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης και υψηλής ευαισθησίας των πρωτοπλανητικών δίσκων είναι ότι τα κενά και οι δακτυλιοειδείς λειτουργίες επικρατούν σε μια μεγάλη γκάμα δίσκων με διαφορετικές μάζες και ηλικίες», καταλήγουν. "Νέες εικόνες υψηλής ανάλυσης και πιστότητας ALMA θερμικής σκόνης και εκπομπών γραμμής CO και υψηλής ποιότητας δεδομένων σκέδασης θα είναι χρήσιμες για την εύρεση περαιτέρω στοιχείων των μηχανισμών πίσω από το σχηματισμό τους."
Μία από τις πιο δύσκολες προκλήσεις όσον αφορά τη μελέτη του σχηματισμού και της εξέλιξης των πλανητών είναι το γεγονός ότι οι αστρονόμοι παραδοσιακά δεν μπορούσαν να δουν τις διαδικασίες σε δράση. Όμως, χάρη στις βελτιώσεις στα όργανα και την ικανότητα μελέτης συστημάτων ηλιακών αστεριών, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να δουν τα συστήματα σε διαφορετικά σημεία στη διαδικασία σχηματισμού.
Αυτό με τη σειρά του μας βοηθά να βελτιώσουμε τις θεωρίες μας για το πώς δημιουργήθηκε το Ηλιακό Σύστημα, και μπορεί κάποια μέρα να μας επιτρέψει να προβλέψουμε ακριβώς τι είδους συστήματα μπορούν να σχηματίσουν σε συστήματα νεαρών αστεριών.
