Nach aktuellen Schätzungen könnte es allein in der Milchstraße bis zu 100 Milliarden Planeten geben. Leider ist es schwierig und zeitaufwändig, Beweise für diese Planeten zu finden. Zum größten Teil sind Astronomen gezwungen, sich auf indirekte Methoden zu verlassen, mit denen Einbrüche in der Helligkeit eines Sterns (Transit-Methode) bei Doppler-Messungen der eigenen Bewegung des Sterns (Radial-Velocity-Methode) gemessen werden.
Die direkte Abbildung ist aufgrund des Aufhebungseffekts von Sternen sehr schwierig, da ihre Helligkeit es schwierig macht, Planeten zu erkennen, die sie umkreisen. Glücklicherweise hat eine neue Studie des Infrarot-Verarbeitungs- und Analysezentrums (IPAC) von Caltech festgestellt, dass es möglicherweise eine Abkürzung zum Auffinden von Exoplaneten mithilfe der direkten Bildgebung gibt. Sie behaupten, die Lösung bestehe darin, nach Systemen mit einer zirkumstellaren Trümmerscheibe zu suchen, da sie mit Sicherheit mindestens einen riesigen Planeten haben.
Die Studie mit dem Titel „Eine direkte bildgebende Untersuchung von Spitzer-detektierten Trümmerscheiben: Vorkommen von Riesenplaneten in staubigen Systemen“ erschien kürzlich in Das astronomische Journal. Tiffany Meshkat, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin am IPAC / Caltech, war die Hauptautorin der Studie, die sie während ihrer Arbeit am Jet Propulsion Laboratory der NASA als Postdoktorandin durchführte.
Für diese Studie untersuchten Dr. Meshkat und ihre Kollegen Daten zu 130 verschiedenen Einsternsystemen mit Trümmerscheiben, die sie dann mit 277 Sternen verglichen, die keine Scheiben zu hosten scheinen. Diese Sterne wurden alle vom Spitzer-Weltraumteleskop der NASA beobachtet und waren alle relativ jung (weniger als 1 Milliarde Jahre). Von diesen 130 Systemen waren zuvor 100 untersucht worden, um Exoplaneten zu finden.
Dr. Meshkat und ihr Team verfolgten dann die verbleibenden 30 Systeme anhand von Daten des W.M. Keck-Observatorium in Hawaii und das Very Large Telescope (VLT) des European Southern Observatory (ESO) in Chile. Obwohl sie in diesen Systemen keine neuen Planeten entdeckten, trugen ihre Untersuchungen dazu bei, die Häufigkeit von Planeten in Systemen mit Scheiben zu charakterisieren.
Sie fanden heraus, dass junge Sterne mit Trümmerscheiben mit größerer Wahrscheinlichkeit auch riesige Exoplaneten mit breiten Umlaufbahnen haben als solche, die dies nicht tun. Diese Planeten hatten wahrscheinlich auch die fünffache Masse an Jupiter, was sie zu „Super-Jupitern“ machte. Wie Dr. Meshkat kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA erklärte, wird diese Studie hilfreich sein, wenn es für Exoplanetenjäger an der Zeit ist, ihre Ziele auszuwählen:
„Unsere Forschung ist wichtig dafür, wie zukünftige Missionen planen, welche Sterne beobachtet werden sollen. Viele Planeten, die durch direkte Bildgebung gefunden wurden, befanden sich in Systemen mit Trümmerscheiben, und jetzt wissen wir, dass der Staub ein Indikator für unentdeckte Welten sein könnte. “
Diese Studie, die die größte Untersuchung von Sternen mit staubigen Trümmerscheiben war, lieferte auch den bislang besten Beweis dafür, dass Riesenplaneten dafür verantwortlich sind, Trümmerscheiben in Schach zu halten. Während die Forschung nicht direkt aufklärte, warum die Anwesenheit eines riesigen Planeten zur Bildung von Trümmerscheiben führen würde, weisen die Autoren darauf hin, dass ihre Ergebnisse mit Vorhersagen übereinstimmen, dass Trümmerscheiben die Produkte von Riesenplaneten sind, die sich aufrühren und Staubkollisionen verursachen.
Mit anderen Worten, sie glauben, dass die Schwerkraft eines riesigen Planeten dazu führen würde, dass Planestimale kollidieren, wodurch sie daran gehindert würden, zusätzliche Planeten zu bilden. Als Co-Autor der Studie erklärte Dimitri Mawet, der auch leitender Wissenschaftler am JPL ist:
„Es ist möglich, dass wir in diesen Systemen keine kleinen Planeten finden, weil diese massiven Körper schon früh die Bausteine zerstört haben von felsigen Planeten, die mit hoher Geschwindigkeit ineinander schlagen, anstatt sich sanft zu verbinden. “
Innerhalb des Sonnensystems bilden die Riesenplaneten eine Art Trümmergürtel. Zum Beispiel haben Sie zwischen Mars und Jupiter den Haupt-Asteroidengürtel, während hinter Neptun der Kuipergürtel liegt. Viele der in dieser Studie untersuchten Systeme haben auch zwei Riemen, obwohl sie deutlich jünger sind als die Riemen des Sonnensystems - ungefähr 1 Milliarde Jahre alt im Vergleich zu 4,5 Milliarden Jahre alt.
Eines der in der Studie untersuchten Systeme war Beta Pictoris, ein System mit einer Trümmerscheibe, Kometen und einem bestätigten Exoplaneten. Dieser Planet mit der Bezeichnung Beta Pictoris b hat 7 Jupitermassen und umkreist den Stern in einer Entfernung von 9 AE - d. H. Neunmal so weit wie die Erde und die Sonne. Dieses System wurde in der Vergangenheit von Astronomen direkt mit bodengestützten Teleskopen abgebildet.
Interessanterweise sagten Astronomen die Existenz dieses Exoplaneten lange vor seiner Bestätigung voraus, basierend auf dem Vorhandensein und der Struktur der Trümmerscheibe des Systems. Ein anderes untersuchtes System war HR8799, ein System mit einer Trümmerscheibe, die zwei hervorstehende Staubgürtel aufweist. In solchen Systemen wird auf die Anwesenheit größerer Riesenplaneten geschlossen, da diese Staubgürtel gewartet werden müssen.
Es wird angenommen, dass dies für unser eigenes Sonnensystem der Fall ist, in dem die Riesenplaneten vor 4 Milliarden Jahren vorbeiziehende Kometen zur Sonne umgeleitet haben. Dies führte zum späten schweren Bombardement, bei dem die inneren Planeten unzähligen Einschlägen ausgesetzt waren, die bis heute sichtbar sind. Wissenschaftler glauben auch, dass in dieser Zeit die Wanderungen von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun Staub und kleine Körper ablenkten, um den Kuipergürtel und den Asteroidengürtel zu bilden.
Dr. Meshkat und ihr Team stellten außerdem fest, dass die von ihnen untersuchten Systeme viel mehr Staub enthielten als unser Sonnensystem, was auf ihre Altersunterschiede zurückzuführen sein könnte. Bei Systemen, die etwa 1 Milliarde Jahre alt sind, könnte das vermehrte Vorhandensein von Staub das Ergebnis kleiner Körper sein, die noch keine größeren Körper gebildet haben, die kollidieren. Daraus lässt sich schließen, dass unser Sonnensystem einst auch viel staubiger war.
Die Autoren bemerken jedoch auch, dass die von ihnen beobachteten Systeme - die einen riesigen Planeten und eine Trümmerscheibe haben - möglicherweise mehr Planeten enthalten, die einfach noch nicht entdeckt wurden. Am Ende räumen sie ein, dass mehr Daten benötigt werden, bevor diese Ergebnisse als schlüssig angesehen werden können. In der Zwischenzeit könnte diese Studie als Leitfaden dafür dienen, wo Exoplaneten gefunden werden könnten.
Karl Stapelfeldt, Chefwissenschaftler des Exoplanet Exploration Program Office der NASA und Mitautor der Studie, erklärte:
"Indem diese Forschung Astronomen zeigt, wo zukünftige Missionen wie das James Webb-Weltraumteleskop der NASA die besten Chancen haben, riesige Exoplaneten zu finden, ebnet diese Forschung den Weg für zukünftige Entdeckungen."
Darüber hinaus könnte diese Studie dazu beitragen, unser eigenes Verständnis der Entwicklung des Sonnensystems im Laufe von Milliarden von Jahren zu vermitteln. Seit einiger Zeit diskutieren Astronomen darüber, ob Planeten wie Jupiter an ihre aktuellen Positionen migriert sind und wie sich dies auf die Entwicklung des Sonnensystems auswirkt. Und es gibt weiterhin Debatten darüber, wie sich der Hauptgürtel gebildet hat (d. H. Leer voll).
Last but not least könnte es künftige Vermessungen informieren und Astronomen wissen lassen, welche Sternensysteme sich vor Milliarden von Jahren nach dem Vorbild unserer eigenen entwickeln. Überall dort, wo Sternensysteme Trümmerscheiben haben, schließen sie auf die Anwesenheit eines besonders massiven Gasriesen. Und wo sie eine Scheibe mit zwei hervorstehenden Staubgürteln haben, können sie daraus schließen, dass auch sie zu einem System wird, das viele Planeten und zwei Gürtel enthält.
