Prikazi Mlečnog puta pokazuju spiralni uzorak spiralnih „rukova“ ispunjenih zvezdama koje se protežu ka spolja iz centra. Slični obrasci su primećeni u uskovitlanim oblacima gasa i prašine koji okružuju neke mlade zvezde — planetarni sistemi u nastajanju.
Ovi takozvani protoplanetarni diskovi, koji su rodna mesta mladih planeta, su od interesa za naučnike jer nude uvid u to kako je Sunčev sistem mogao izgledati u povojima i kako se planete uopšte mogu formirati. Naučnici su dugo mislili da bi spiralni krakovi na ovim diskovima mogli biti uzrokovani planetama u nastajanju, ali nijedan do sada nije otkriven.
U radu objavljenom u Nature Astronomi, istraživači Univerziteta u Arizoni izvještavaju o otkriću džinovske egzoplanete, nazvane MVC 758c, koja možda stvara spiralne krakove u svom novorođenom planetarnom sistemu. Astronomi takođe predlažu mogućnosti zašto su se naučnici borili da pronađu ovu planetu u prošlosti, kao i kako se njihove metode mogu primeniti na otkrivanje drugih skrivenih planeta u sličnim okolnostima.
„Naša studija iznosi čvrste dokaze da su ovi spiralni krakovi uzrokovani džinovskim planetama“, rekao je Kevin Vagner, glavni autor rada i postdoktorski istraživač na Stjuard opservatoriji Univerziteta u Arizoni. „A sa novim svemirskim teleskopom Džejms Veb, moći ćemo dalje da testiramo i podržimo ovu ideju tražeći više planeta kao što je MVC 758c.
Zvezda planete nalazi se oko 500 svetlosnih godina od Zemlje i stara je samo nekoliko miliona godina — embrion u poređenju sa našim Suncem starim 4,6 milijardi godina. Dakle, sistem još uvek ima protoplanetarni disk, jer je potrebno oko 10 miliona godina da se krhotine koje kruže ili izbace iz sistema, progutaju od strane zvezde, ili formiraju u planete, mesece, asteroide i komete. Istaknuti spiralni obrazac u ostacima ovog sistema prvi put je otkriven 2013. godine, a astronomi su brzo ukazali na vezu sa teorijskim simulacijama formiranja džinovskih planeta.
„Mislim na ovaj sistem kao na analogiju kako bi se naš solarni sistem pojavio manje od 1% tokom svog životnog veka“, rekao je Vagner. „Jupiter, kao džinovska planeta, takođe je verovatno stupio u interakciju sa i gravitaciono izvajao naš sopstveni disk pre milijardi godina, što je na kraju dovelo do formiranja Zemlje.
Astronomi su snimili većinu protoplanetarnih diskova u zvezdanim sistemima koji su vidljivi pomoću trenutnih teleskopa. Od oko 30 identifikovanih diskova, oko jedne trećine ima spiralne krakove – istaknute vrtloge unutar čestica gasa i prašine na disku.
„Spiralni krakovi mogu pružiti povratnu informaciju o samom procesu formiranja planete“, rekao je Vagner. „Naše posmatranje ove nove planete dalje podržava ideju da se džinovske planete formiraju rano, nagomilavajući masu iz svog okruženja rođenja, a zatim gravitaciono menjaju okruženje koje sledi da bi se formirale druge, manje planete.
Spiralni krakovi nastaju usled gravitacionog privlačenja saputnika u orbiti na materijal koji kruži oko zvezde. Drugim rečima, očekivalo se da će prisustvo masivnog pratioca, kao što je džinovska planeta, pokrenuti spiralni obrazac na disku. Međutim, prethodni pokušaji da se otkrije odgovorna planeta bili su prazni — do sada.
„Bilo je otvoreno pitanje zašto još nismo videli nijednu od ovih planeta“, rekao je Vagner. „Većina modela formiranja planeta sugeriše da bi džinovske planete trebalo da budu veoma svetle ubrzo nakon formiranja, a takve planete bi već trebalo da budu otkrivene.
Istraživači su konačno uspeli da otkriju MVC 758c korišćenjem interferometra velikog binokularnog teleskopa, ili LBTI, instrumenta napravljenog u UArizoni koji povezuje dva primarna ogledala teleskopa od 8,4 metra koja mogu da posmatraju na dužim talasnim dužinama u srednjem infracrvenom opsegu, za razliku od većine drugih instrumenti koji se koriste za posmatranje egzoplaneta na kraćim ili plavijim talasnim dužinama. Prema Steveu Ertelu, koautoru rada i vodeći naučnik LBTI instrumenta, instrument ima kameru koja može detektovati infracrveno svetlo na sličan način kao NASA-in svemirski teleskop James Vebb, ili JVST.
Iako se procenjuje da je egzoplaneta najmanje dvostruko veća od mase Jupitera, bila je nevidljiva za druge teleskope zbog svoje neočekivane crvene boje — „najcrvenije“ planete ikada otkrivene, rekao je Ertel. Duže, crvenije talasne dužine je teže otkriti nego kraće talasne dužine zbog toplotnog sjaja Zemljine atmosfere i samog teleskopa. LBTI je među najosetljivijim infracrvenim teleskopima koji su do sada napravljeni i zbog svoje veće veličine može čak i nadmašiti JVST za otkrivanje planeta veoma blizu njihovih zvezda, kao što je MVC 758c.
„Predlažemo dva različita modela zašto je ova planeta svetlija na dužim talasnim dužinama“, rekao je Ertel. „Ili je ovo planeta sa nižom temperaturom nego što se očekivalo, ili je to planeta koja je još uvek vruća od svog formiranja i slučajno je obavijena prašinom.
„Ako ima puno prašine oko ove planete, prašina će apsorbovati kraće talasne dužine ili plaviju svetlost, čineći da planeta izgleda sjajno samo na dužim, crvenijim talasnim dužinama“, rekla je koautorka Kejtlin Krater, teorijski astrofizičar iz UArizone. „U drugom scenariju hladnije planete okružene manje prašine, planeta je slabija i emituje više svoje svetlosti na dužim talasnim dužinama.“
Vagner je rekao da velike količine prašine u blizini planete mogu ukazivati na to da se planeta još uvek formira i da je možda u procesu stvaranja sistema meseci poput Jovijanskih meseci oko Jupitera. Sa druge strane, ako planeta prati hladniji model, možda se nešto dešava u ovim ranim zvezdanim sistemima što uzrokuje da se planete formiraju hladnije nego što se očekivalo, što je podstaklo planetarne naučnike da revidiraju svoje modele formiranja planeta i strategije otkrivanja egzoplaneta.
„U oba slučaja, sada znamo da moramo da počnemo da tražimo crvenije protoplanete u ovim sistemima koji imaju spiralne krakove“, rekao je Vagner.
Astronomi predviđaju da će, kada budu posmatrali džinovsku egzoplanetu svemirskim teleskopom Džejms Veb, moći da donesu odluku o tome koji se od ova dva scenarija odigrava u sistemu novorođenčadi. Timu je dato vreme da koristi JVST početkom 2024. godine da završi ova zapažanja.
„U zavisnosti od rezultata koji dolaze iz JVST posmatranja, možemo početi da primenjujemo ovo novootkriveno znanje na druge zvezdane sisteme“, rekao je Vagner, „i to će nam omogućiti da napravimo predviđanja o tome gde bi druge skrivene planete mogle da vrebaju i daće nam ideja o tome koja svojstva treba da tražimo da bismo ih otkrili.“
