A „Twin” Naprendszer hiányzik a baba Jupiterjeiről

Az LkCa 15 rendszer kivételes új képei, egy fiatal, Napszerű csillag, amely úgy gondolta, hogy otthoni csecsemőgáz óriási bolygót üzemeltet, és azt mutatja, hogy ezek a bolygók nem léteznek.

2012-ben a Sky & Telescope borító története elgondolkodott azon a kérdésen, vajon az LkCa 15 tartalmazhat-e egy csecsemő napenergia-rendszerét. Az új kutatás kizárja a gáz óriás protoplanetak jelenlétét.

Az LkCa 15, egy fiatal, a Naphoz hasonló csillag izgatotta a csillagászokat, mivel a korai kutatások úgy tűnt, hogy bizonyítékokat mutatnak a bolygókról, amelyek közül talán több közülük a csillag körüli gáz- és porlemezben képződött. Az LkCa 15 körülbelül olyan régi, mint a Napunk, amikor Jupiter és Saturn alakult ki, tehát ezek az eredmények új betekintést ígéretet tettek a Naprendszer kialakulására. A Hawaii Subaru teleszkóppal végzett közelmúltbeli megfigyelések azonban élesebb képeket generáltak, mint valaha, és ez a korábbi felfedezéseket kérdőjelezte meg. Úgy tűnik, hogy a más csillagok körüli protoplanetatok vadászata kihívásokkal teli munka lesz.

A protoplanet kialakulásakor a port és a gázt felveszi, és kitisztítja a pályáját. Tehát rés megtalálása az LkCa 15 lemezében jó jelzésnek tűnt arra, hogy a bolygók összejönnek ott. Az interferometriával és a közvetlen képalkotással végzett munka arra utalt, hogy akár három gáz óriás (LkCa 15 b, c és d), amelyek mindegyike tömegebb, mint a Jupiter, növekedhetnek a csillag körül. "Ezek voltak az első protoplanetek, amelyeket valaha igényeltek" - mondja Thayne Currie (a NASA-Ames Kutatóközpont, a Japán Nemzeti Csillagászati ​​Megfigyelőközpont és az Eureka Scientific), az Astrophysical Journal Letters-ben megjelenő új tanulmány vezető szerzője.

Az LkCa 15 rendszer 2011-es képén egy külső lemez (narancssárga) veszi körül a középen rejtett csillagot (sötétbarna kör). A csillag megvilágítja a lemez egy részét (fehér funkció). A korong és a csillag belső határa között kb. 50 au (150 millió kilométer vagy 94 millió mérföld) rés van.
Subaru távcső

De az LkCa 15-et nehéz közvetlenül képezni, még az erős 8, 2 méteres Subaru-távcső esetében is. Körülbelül 500 fényév távol van, és halvány a látható hullámhosszon. A csillagászok tehát az LkCa 15 környékén kerestek továbbfejlesztett interferometriás formával - ritka apertúrájú maszkolásnak -, de még mindig nehezen tudták megkülönböztetni, hogy mennyi fény jön a potenciális bolygókból és mennyi a korong anyagából.

Az új tanulmány két új eszközt használt ki az LkCa 15 még élesebb képeinek rögzítéséhez: a Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCEXAO) rendszert és a Coronagraphic nagyszögű felbontású képalkotó spektrográfot (CHARIS). A SCEXAO tartalmaz egy deformálható tükröt, 2000 hajtóművel, amely a légköri elmosódáshoz igazodik, és egy gyors, ultraérzékeny kamerát. Az éles képet, amelyet a SCEXAO készített, ezt követően a CHARIS-on dolgozták fel, hogy felfedje az LkCa 15 körüli fényforrások spektrumát.

Currie és munkatársai úgy találták, hogy a legtöbb fény az LkCa 15 korongjának egy másik elemének látható széléből származik, amely a csillag körül kiterjesztett ívszerű szerkezetű. Ennek a szerkezetnek ugyanolyan fényereje van, mint a protoplanetekhez korábban hozzárendelt jeleknek. A kutatócsoport ezután mélyebben átmélyítette és áttekintette az LkCa 15-re vonatkozó kiegészítő adatokat, amelyeket a Keck-obszervatóriumban vettünk 2009 és 2017 között. "A Keck-adataink azt mutatják, hogy az ív statikus volt a vizsgált nyolc év alatt" - mondja Currie. "Ha egy korong helyett bolygók lennének, akkor az orbitális mozgásuk elforgatta volna az ívet."

Ez a vázlat az LkCa 15 csillag körüli protoplanetáris lemezt mutatja. A 2011-es Subaru-képeken csak a külső lemezről (sárga) visszatükröződő fény látható. A belső és a külső lemez közötti nagy rést valószínűleg egy vagy több újszülött bolygó kering a csillag körül, de az új kutatások azt mutatják, hogy ezeknek a bolygóknak kevésbé masszívnak kell lenniük, mint azt korábban gondoltuk.
MPIA / Christian Thalmann

"Ami lerövidíti az eredményt" - mondja Adam Burgasser (Kaliforniai Egyetem, San Diego) - az az, hogy az előrejelzések szerint a bolygóknak egy másik helyen kellett volna lenniük, és nem láttak. "Burgasser nem vett részt az új tanulmány.

"Pontosabban" - mondja Currie - csak több bolygót kizártunk, mint például az LkCa 15 bcd. Azt hiszem, nagyon világos, hogy vannak csillagok körül bolygók. Csak halványabbak, mint gondoltuk korábban. ”

Balra: Az LkCa 15 SCEXAO / CHARIS képe, amelyet 2017. szeptember 7-én kaptunk, két fényárat fedez fel. Középső: Az elméleti modell kétkomponensű lemezzel magyarázza az íveket. Jobb: Egy másik elméleti modell azt mutatja, hogy ha a legbelső ív valójában több bolygó lenne, amely az LkCa 15 körüli körüli körüli, akkor a SCEXASO / CHARIS kép egészen másképp néz ki.
Thayne Currie et al. / Astrophysical Journal Letters 2019

Kate Follette (Amherst College), aki közvetlenül a hidrogén-alfa-kibocsátást ábrázolta, egyetért azzal, hogy az adatok továbbra is alátámasztják legalább egy protoplanet létezését az LkCa 15 lemezen. "Nehéz arra következtetni, hogy nincsenek bolygók" - mondja. „Csak kérdés, hogy hol vannak, és hogy közvetlenül vagy közvetett aláírások útján észleljük őket. Ez a papír egy további darab a puzzle-ból. A fenti rendszerekre nézve az az, hogy rendkívül bonyolultak. ”A Follette szerint ennek a kérdésnek a végleges megoldása a jövőbeni közvetlen képalkotó eszközök segítségével történik.

A SCEXAO a Nasmyth IR platformra szerelt. A SCEXAO a középső három szintű eszköz (fekete-fehér panelek); a CHARIS modul a kép jobb oldalán található piros eszköz.
Subaru távcső

Az olyan távoli csillagok vizsgálata, mint az LkCa 15, megmutatja a fejlődő technológiákkal kapcsolatos élvonalbeli problémák megoldásának kockázatait . De a műszaki képességek növekednek. "Folyamatosan fejlesztjük a SCEXAO-t" - mondja Currie. “Remélhetőleg néhány év alatt teljesítménnyel bírunk.” A SCEXAO fejlesztései lehetővé tehetik a csillagászok számára, hogy lágy Jupiter-szerű bolygók láthassák az LkCa 15 lemez hátterét . Végül a SCEXAO utódját - a Planetary Systems Imager-t - telepítik a Harmincméteres teleszkópra, hogy még enyhébb, kisebb tömegű bolygót képezzenek Mars-szerű pályákon olyan csillagok körül, mint az LkCa 15.

"Ez nem lesz a történet vége" - mondja Burgasser. "Az LkCa 15 olyan kivételes rendszer, hogy további vizsgálatokat kell végezni annak ellenőrzésére, hogy a bolygók ott alakulnak-e vagy sem."