Volgens de huidige schattingen zouden er alleen al in de Melkweg wel 100 miljard planeten kunnen zijn. Helaas is het vinden van bewijs van deze planeten zwaar, tijdrovend werk. Grotendeels zijn astronomen gedwongen te vertrouwen op indirecte methoden die dips in de helderheid van een ster meten (de Transit Method) van Doppler-metingen van de eigen beweging van de ster (de Radial Velocity Method).
Directe beeldvorming is erg moeilijk vanwege het annulerende effect dat sterren hebben, waar hun helderheid het moeilijk maakt om planeten in een baan om hen heen te spotten. Gelukkig heeft een nieuwe studie onder leiding van het Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) bij Caltech vastgesteld dat er een kortere weg kan zijn naar het vinden van exoplaneten met behulp van directe beeldvorming. De oplossing, zo beweren ze, is om te zoeken naar systemen met een circumstellaire puinschijf, want ze zullen zeker minstens één gigantische planeet hebben.
De studie, getiteld "A Direct Imaging Survey of Spitzer Detected Debris Disks: Occurrence of Giant Planets in Dusty Systems", verscheen onlangs in The Astronomical Journal. Tiffany Meshkat, een assistent-onderzoekswetenschapper bij IPAC / Caltech, was de hoofdauteur van het onderzoek, dat ze uitvoerde terwijl ze werkte bij NASA's Jet Propulsion Laboratory als postdoctoraal onderzoeker.
Omwille van deze studie onderzochten Dr. Meshkat en haar collega's gegevens over 130 verschillende systemen met één ster met puinschijven, die ze vervolgens vergeleken met 277 sterren die geen schijven lijken te hosten. Deze sterren werden allemaal waargenomen door de Spitzer-ruimtetelescoop van NASA en waren allemaal relatief jong in leeftijd (minder dan 1 miljard jaar). Van deze 130 systemen waren er 100 eerder bestudeerd om exoplaneten te vinden.
Dr. Meshkat en haar team volgden vervolgens de resterende 30 systemen op met behulp van gegevens van de W.M. Keck Observatory op Hawaï en de Very Large Telescope (VLT) van de European Southern Observatory (ESO) in Chili. Hoewel ze in deze systemen geen nieuwe planeten ontdekten, hielpen hun onderzoeken om de overvloed aan planeten in systemen met schijven te karakteriseren.
Wat ze ontdekten was dat jonge sterren met puinschijven vaker ook gigantische exoplaneten met brede banen hebben dan sterren die dat niet hebben. Deze planeten hadden waarschijnlijk ook vijf keer de massa van Jupiter, waardoor ze "Super-Jupiters" werden. Zoals Dr. Meshkat uitlegde in een recent persbericht van de NASA, zal deze studie behulpzaam zijn wanneer het tijd is voor exoplanetenjagers om hun doelen te selecteren:
“Ons onderzoek is belangrijk voor hoe toekomstige missies plannen welke sterren te observeren. Veel planeten die via directe beeldvorming zijn gevonden, bevonden zich in systemen met puinschijven en nu weten we dat stof indicatoren kan zijn voor onontdekte werelden. '
Deze studie, het grootste onderzoek van sterren met stoffige puinschijven, leverde tot nu toe ook het beste bewijs dat gigantische planeten verantwoordelijk zijn voor het onder controle houden van puinschijven. Hoewel het onderzoek niet direct oploste waarom de aanwezigheid van een gigantische planeet puinschijven zou veroorzaken, geven de auteurs aan dat hun resultaten consistent zijn met voorspellingen dat puinschijven het product zijn van gigantische planeten die oproeren en stofbotsingen veroorzaken.
Met andere woorden, ze geloven dat de zwaartekracht van een gigantische planeet ertoe zou leiden dat planeten met elkaar in botsing komen, waardoor ze geen extra planeten kunnen vormen. Zoals co-auteur Dimitri Mawet, die ook een JPL senior research scientist is, uitlegde:
"Het is mogelijk dat we in deze systemen geen kleine planeten vinden, omdat deze massieve lichamen al vroeg de bouwstenen vernietigden van rotsachtige planeten, waardoor ze met hoge snelheid tegen elkaar botsen in plaats van voorzichtig te combineren. ”
Binnen het zonnestelsel creëren de gigantische planeten soorten puinriemen. Tussen Mars en Jupiter heb je bijvoorbeeld de Main Asteroid Belt, terwijl voorbij Neptunus de Kuiper Belt ligt. Veel van de systemen die in deze studie zijn onderzocht, hebben ook twee riemen, hoewel ze aanzienlijk jonger zijn dan de eigen riemen van het zonnestelsel - ongeveer 1 miljard jaar oud vergeleken met 4,5 miljard jaar oud.
Een van de in het onderzoek onderzochte systemen was Beta Pictoris, een systeem met een puinschijf, kometen en een bevestigde exoplaneet. Deze planeet, Beta Pictoris b genoemd, heeft 7 Jupiter-massa's en draait om de ster op een afstand van 9 AUs - dat wil zeggen negen keer de afstand tussen de aarde en de zon. Dit systeem is in het verleden rechtstreeks door astronomen in beeld gebracht met behulp van telescopen op de grond.
Interessant genoeg voorspelden astronomen het bestaan van deze exoplaneet ruim voordat deze werd bevestigd, gebaseerd op de aanwezigheid en structuur van de puinschijf van het systeem. Een ander systeem dat werd bestudeerd was HR8799, een systeem met een puinschijf met twee prominente stofbanden. In dit soort systemen wordt de aanwezigheid van meer reuzenplaneten afgeleid op basis van de noodzaak om deze stofbanden te onderhouden.
Dit wordt verondersteld het geval te zijn voor ons eigen zonnestelsel, waar 4 miljard jaar geleden de gigantische planeten passerende kometen naar de zon leidden. Dit resulteerde in het Late Heavy Bombardment, waar de binnenplaneten onderhevig waren aan talloze inslagen die nog steeds zichtbaar zijn. Wetenschappers geloven ook dat het tijdens deze periode was dat de migraties van Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus stof en kleine lichamen afbuigden om de Kuipergordel en de asteroïdengordel te vormen.
Dr. Meshkat en haar team merkten ook op dat de systemen die ze hebben onderzocht veel meer stof bevatten dan ons zonnestelsel, wat kan worden toegeschreven aan hun verschillen in leeftijd. Bij systemen die ongeveer 1 miljard jaar oud zijn, kan de toegenomen aanwezigheid van stof het gevolg zijn van kleine lichamen die nog geen grotere botsende lichamen hebben gevormd. Hieruit kan worden afgeleid dat ons zonnestelsel ooit ook veel stoffiger was.
De auteurs merken echter ook op dat de systemen die ze hebben waargenomen - die één gigantische planeet en een puinschijf hebben - meer planeten kunnen bevatten die eenvoudigweg nog niet zijn ontdekt. Uiteindelijk geven ze toe dat er meer gegevens nodig zijn voordat deze resultaten als afdoende kunnen worden beschouwd. Maar in de tussentijd zou deze studie een leidraad kunnen zijn waar exoplaneten te vinden zijn.
Zoals Karl Stapelfeldt, de hoofdwetenschapper van NASA's Exoplanet Exploration Program Office en co-auteur van het onderzoek, verklaarde:
"Door astronomen te laten zien waar toekomstige missies zoals NASA's James Webb Space Telescope hun beste kans hebben om gigantische exoplaneten te vinden, maakt dit onderzoek de weg vrij voor toekomstige ontdekkingen."
Bovendien zou deze studie ons eigen inzicht kunnen verschaffen in hoe het zonnestelsel zich in de loop van miljarden jaren heeft ontwikkeld. Al geruime tijd debatteren astronomen of planeten zoals Jupiter al dan niet naar hun huidige posities zijn gemigreerd, en hoe dit de evolutie van het zonnestelsel heeft beïnvloed. En er blijft discussie over hoe de Hoofdgordel is ontstaan (dus leeg of vol).
Last but not least zou het toekomstige onderzoeken kunnen informeren en astronomen laten weten welke sterrenstelsels zich op dezelfde manier ontwikkelen als wijzelf, miljarden jaren geleden. Waar stersystemen puinschijven hebben, leiden ze de aanwezigheid af van een bijzonder enorme gasreus. En als ze een schijf hebben met twee prominente stofriemen, kunnen ze daaruit afleiden dat het ook een systeem wordt met veel planeten en en twee riemen.
