Planeter försvinner inte helt enkelt. Och ändå verkar det vara vad som hände Fomalhaut f (aka. Dagon), en exoplanetkandidat som ligger 25 ljusår från jorden. Observerad för första gången av Rymdteleskopet Hubble 2004, sedan bekräftat av uppföljande observationer 2008 och 2012, var denna exoplanetkandidat den första som upptäcktes i synliga våglängder (d.v.s. Direkt bildbehandlingsmetod .)
Med tiden blev den här kandidaten svagare och bredare tills den helt försvann ur sikte. Detta ledde till alla typer av spekulationer, som inkluderade möjligheten till en kollision som reducerade planeten till skräp. Nyligen har ett team av astronomer från University of Arizona föreslagit en annan möjlighet – Fomalhaut b var aldrig en planet alls , men ett expanderande moln av damm från två planetesimaler som slogs samman.
Studien som beskriver resultaten, med titeln ' Nya HST-data och modellering avslöjar en massiv planetesimal kollision runt Fomalhaut “, dök nyligen upp iProceedings of the National Astronomical Society. Forskningen utfördes av András Gáspár och George H. Rieke, assisterande astronom och regenternas professor i astronomi vid University of Arizonas Steward Observatory .
När Fomalhaut b först observerades, verkade den som en liten prick bredvid en stor ring av isigt skräp som kretsade runt Fomalhaut – en huvudsekvensstjärna av A-typ som är en del av ett trippelstjärnsystem. Under de följande åren spårade astronomer b längs dess bana och upptäckte att den blev svagare och svagare tills den slutligen föll utom synhåll.
Detta ledde till att astronomer tittade överHubblearkivdata i hopp om att hitta en rimlig förklaring. Efter att ha analyserat uppgifterna själva, postulerade Gáspár och Rieke att vadHubblesåg var faktiskt skräpet som skapades av kollisionen mellan två isiga kroppar som expanderade med tiden. Som Gáspár antydde i en nyligen publicerad Hubblesite pressmeddelande :
'Dessa kollisioner är ytterst sällsynta och så det här är en stor sak att vi faktiskt får se en. Vi tror att vi var på rätt plats vid rätt tidpunkt för att ha bevittnat en sådan osannolik händelse med NASA:s rymdteleskop Hubble.'
Sådana kollisioner tros ha varit vanliga i solsystemet för miljarder år sedan under en period som kallas det sena tunga bombardementet. På den tiden var systemet översållat med mindre föremål som i huvudsak var överblivet material från planeternas bildande, vilket resulterade i otaliga nedslag och kollisioner.
Hubble-bilder av dammmolnet runt Fomalhaut. Kredit: NASA/ESA/A. Gáspár och G. Rieke (University of Arizona)
De fossila kvarlevorna från dessa kollisioner är det som gav upphov till asteroidfamiljer, av vilka de flesta är koncentrerade i huvudasteroidbältet och Kuiperbältet. Emellertid har inga sådana katastrofala händelser någonsin observerats äga rum runt en annan stjärna. När det gäller Fomalhaut beräknas kollisioner av detta slag ske en gång vart 200 000:e år – vilket skulle innebära att Hubble-observationerna var mycket slumpmässiga. Sa Gáspár:
'Vår studie, som analyserade alla tillgängliga arkivdata från Hubble om Fomalhaut, avslöjade flera egenskaper som tillsammans målar en bild av att det planetstora objektet kanske aldrig har funnits i första hand.'
För att testa sin teori genomförde Gáspár och Reike dynamiska modelleringssimuleringar med hjälp av ett datorkluster från University of Arizona. Dessa modeller visade att teamets hypotes att Fomalhaut b är kollisionsrelaterat skräp passade kvantitativt på alla observationer. Med tanke på Fomalhaut är en
'Fomalhaut-systemet är det ultimata testlabbet för alla våra idéer om hur exoplaneter och stjärnsystem utvecklas', tillade Rieke. 'Vi har bevis för sådana kollisioner i andra system, men ingen av den här storleken har observerats i vårt solsystem. Det här är en ritning av hur planeter förstör varandra.'
Herschels långt-infraröda observationer av Fomalhaut och dess skiva. Kredit: ESA
Redan innan Fomalhaut b:s 'försvinnande' visade kandidatexoplaneten konstiga egenskaper som förvirrade astronomer. Till att börja med var föremålet ovanligt ljust i synligt ljus, men hade ingen detekterbar infraröd signatur. Astronomer förmodade att detta orsakades av ett enormt skal eller ring av damm som omgav planeten, möjligen på grund av en kollision.
För det andra verkade omloppsbanan för Fomalhaut b vara mycket excentrisk (0,8±0,1), vilket uppskattades variera från ett genomsnittligt avstånd på 290 AU (43,5 miljarder km; 27 miljarder mi) vid aphelion och 49,5 AU (7,4 miljarder km; 4,6) miljarder mi) vid perihel. Det var dock det uppenbara försvinnandet och den gradvisa blekningen som indikeras iHubblearkivdata som utgjorde den sista spiken i kistan.
Med hänsyn till alla tillgängliga data vågar Gáspár och Rieke att denna kollision sannolikt har ägt rum inte långt innan de första observationerna gjordes 2004. De antar vidare att molnets densitet och storleken på dess partiklar – cirka 1 mikron i storlek (1/1000:e av en millimeter) – har sjunkit underHubble's detektionströskel.
Genom att kombinera senare observationer av Fomalhaut b:s bana med tidigare data kunde Gáspár och Reike lära sig mer om den väg planeten tar. Baserat på vad de hittade vågade de att Fomalhaut b kan vara på en flyktväg och inte i en elliptisk bana runt sin stjärna (som är fallet med planeter).
Konstnärens intryck av en exoplanet och skräp ringar runt Fomalhaut. Kredit: NASA
Som Gáspár förklarade ger detta ytterligare tyngd åt teorin att det som observerades runt Fomalhaut b var kollisionsrelaterat skräp:
'Ett nyligen skapat massivt dammmoln, som upplever avsevärda strålningskrafter från centralstjärnan Fomalhaut, skulle placeras på en sådan bana. Vår modell kan naturligtvis förklara alla oberoende observerbara parametrar i systemet: dess expansionshastighet, dess blekning och dess bana.'
Inom en snar framtid kommer Fomalhaut att undersökas närmare av James Webb rymdteleskop (JWST), som kommer att ägna observationstid under sitt första år av vetenskapsverksamhet. Gáspár, Rieke och medlemmarna i deras utökade team kommer att använda data som JWST erhåller för att direkt avbilda de inre varma områdena i systemet.
Detta kommer att tillåta astronomer att spatialt lösa asteroidbältets komponent i ett extrasolärt planetsystem för första gången. Teamet kommer också att söka efter exoplaneter runt Fomalhaut som kan vara ansvariga för gravitationsskulptering av den yttre skivan. Slutligen planerar de att analysera denna skiva för att bestämma dess kemiska sammansättning.
Genom att studera system som Fomalhaut, som kännetecknas av skräpringar och planetesimaler, ser astronomer effektivt tillbaka i tiden till hur vårt solsystem såg ut för miljarder år sedan. Detta kan i sin tur berätta en hel del om hur planetsystem bildas och utvecklas över tiden.
Vidare läsning: Hubblesite.org , PNAS