Varje planet i solsystemet har sin egen speciella bana, och dessa varierar avsevärt. Medan planeten Jorden tar 365,25 dagar att fullborda en enda bana om vår sol, tar Mars nästan dubbelt så lång tid – 686,971 dagar. Sedan har du Jupiter och de andra gasjättarna, som tar mellan 11,86 och 164,8 år att kretsa runt vår sol. Men även med dessa som exempel var astronomerna inte förberedda på vad de hittade när de tittade på CVSO 30 .
Detta stjärnsystem, som ligger cirka 1200 ljusår från jorden, har på senare år visat sig ha två kandidater exoplaneter . Dessa planeter, som är många gånger större än Jupiter, upptäcktes av ett internationellt team av astronomer som använder både Transit-metoden och Direct Imaging. Och det de hittade var mycket intressant: en planet har en omloppsperiod på mindre än 11 dagar medan den andra tar hela 27 000 år att kretsa runt sin moderstjärna!
Förutom att vara en stor överraskning var upptäckten av dessa två planeter med olika metoder en historisk bedrift. Hittills har de allra flesta över 2 000 exoplaneter upptäcktes har upptäckts tack vare indirekta metoder. Dessa inkluderar den tidigare nämnda Transit Method, som upptäcker planeter genom att mäta dämpningseffekten de orsakar när de korsar sin moderstjärnas bana, och Radial Velocity Method, som mäter gravitationseffekten som planeter har på sin moderstjärna.
2012 använde astronomer Transit Method för att detektera CVSO 30b, en planet med 5 till 6 gånger massan av Jupiter, och som kretsar runt sin stjärna på ett avstånd av endast 1,2 miljoner kilometer (som jämförelse kretsar Merkurius om vår sol på ett avstånd av 58 miljoner kilometer). Av dessa egenskaper kan CVSO 30b beskrivas som en särskilt 'hot-Jupiter'.
Däremot har Direct Imaging använts för att upptäcka endast ett par dussin exoplaneter. Anledningen till detta är att det vanligtvis är ganska svårt att upptäcka ljuset som reflekteras av en planets atmosfär på grund av att den dränks av ljuset från sin moderstjärna. Det kan också vara ganska krävande när det kommer till instrumentet. Ändå, jämfört med indirekta metoder, kan det vara mer effektivt när det gäller att utforska de avlägsna områdena av en stjärna.
Tack vare ansträngningarna från ett internationellt team av astronomer, som kombinerade användningen av Keck-observatoriet på Hawaii, ESO:s Very Large Telescope i Chile och det spanska nationella forskningsrådets (CSIC) Calar Alto-observatorium, upptäcktes CVSO 30c i avlägsna regioner runt sin moderstjärna, som kretsar på ett avstånd av cirka 666 AU.
Detaljerna om upptäckten publicerades i en tidning med titeln ' Direkt bildupptäckt av en andra planetkandidat runt den möjligen transiterande planetvärden CVSO 30 '. I den förklarade forskarna – som kommer från så prestigefyllda institutioner som Cerro Tololo Inter-American Observatory, Jena Observatory, European Space Agency och Max Planck Institute for Astronomy – metoderna som användes för att hitta exoplaneten, och betydelsen av dess upptäckt.
Stjärnan CVSO30, som visar de två detektionsmetoderna som avslöjade dess exoplanetkandidater. Kredit: Keck Observatory/ESO/VLT/NACO
Som Tobias Schmidt – vid universitetet i Hamburg, Astrophysical Institute och University Observatory Jena, och huvudförfattaren till tidningen – sa till Universe Today via e-post:
'[30b och 30c]är båda ovanliga på egen hand. CVSO 30b är den första transitplaneten runt en stjärna så ung som 2,5 miljoner år. Publicerad 2012, alla tidigare upptäckta transitplaneter var äldre än några hundra miljoner år...Det har varit en överraskning att hitta en planetarisk massföljeslagare på 662 AU, eller 662 gånger avståndet från jorden till solen, från en primärstjärnan har bara cirka 0,4 solmassor. Enligt standardmodellen bildas planeter i skivor runt stjärnan. Men ingen av de observerade skivornarunt sådana lågmassa stjärnor är tillräckligt stor för att bilda ett sådant objekt.'
Med andra ord är det förvånande att hitta två exoplanetkandidater med flera gånger massan av Jupiter (aka. Super-Jupiters) som kretsar kring en stjärna så liten som CVSO 30. Men att hitta två exoplaneter med en sådan skillnad i termer av deras respektive avstånd från deras stjärna (trots att den är lika i massa) var särskilt överraskande.
Med hjälp av fotometriska och spektroskopiska observationer med hög kontrast från Very Large Telescope, Keck-teleskopen och Calar Alto-observatoriet kunde det internationella laget upptäcka 30c med en teknik som kallas lucky imaging. Denna process, som används av markbaserade teleskop, innebär att många snabba och snabba exponeringsbilder tas för att minimera atmosfärisk störning.
En konstnärs föreställning om en brun dvärg av T-typ. Kredit: Tyrogthekreeper/Wikimedia Commons.
Det de hittade var en exoplanet med en bred omloppsbana som var mellan 4 och 5 Jupitermassor, och som också var mycket ung – mindre än 10 miljoner år gammal. Dessutom indikerade spektroskopiska data att det är ovanligt blått för en planet, eftersom de flesta andra planetkandidater i sitt slag är mycket röda. Av detta drog forskarna slutsatsen att det är troligt att 30c är den första unga planeten i sitt slag som direkt avbildas.
De drog vidare slutsatsen att 30 c sannolikt också är det första 'L-T-övergångsobjekt' yngre än 10 miljoner år som hittas kretsar kring en stjärna. L-T övergångsobjekt är en typ av brun dvärg - objekt som är för stora för att betraktas som planeter, men för små för att betraktas som stjärnor. Vanligtvis finns de inbäddade i stora moln av gas och damm, eller på egen hand i rymden.
Parat med sin följeslagare – 30 b, som är omöjligt nära sin moderstjärna – tros 30 c inte ha bildats vid sin nuvarande position, och är sannolikt inte stabil på lång sikt. Åtminstone inte när det gäller nuvarande modeller av planetbildning och omloppsbana. Men, som professor Schmidt indikerade, erbjuder detta en potentiell förklaring till dessa exoplaneters udda natur.
'Vi tycker att detta är ett mycket bra tips,' sade han, 'att de två objekten kan ha bildats regelbundet runt stjärnan vid en separation som är jämförbar med Jupiter eller Saturnus separation från solen, sedan interagerat gravitationsmässigt och spridits till sina nuvarande banor. . Men detta är fortfarande spekulationer, ytterligare undersökningar kommer att försöka bevisa detta. Båda har ungefär samma massa av få Jupitermassor, den inre kan vara ännu lägre.'
Den Very Large Telescoping Interferometer avfyrar sin adaptiva optiska laser. Kredit: ESO/G. Hüdepohl
Upptäckten är också betydelsefull eftersom det var första gången som dessa två detektionsmetoder – Transit och Direct Imaging – användes för att bekräfta exoplanetkandidater kring samma stjärna. I det här fallet var metoderna ganska komplementära och gav möjligheter att lära sig mer om exoplaneter. Som professor Schmidt förklarade:
'Både Transitmetoden och den radiella hastighetsmetoden har problem med att hitta planeter runt unga stjärnor, eftersom unga stjärnors aktivitet stör sökandet efter dem. CVSO 30 b var den första mycket unga planeten som hittades med dessa metoder, för närvarande finns det en hand full av kandidater. Direkt avbildning, å andra sidan, fungerar bäst för unga planeter eftersom de fortfarande drar ihop sig och därmed är självlysande. Det är därför stor tur att en långt borta planet hittades runt den allra första unga stjärnan som var värd för en inre planet...
'Men den verkliga fördelen med transit- och direktavbildningsmetoder är att de två objekten nu kan undersökas mer i detalj. Även om vi kan använda det direkta ljuset från avbildningen för spektroskopi, d.v.s. dela upp ljuset efter dess våglängd, hoppas vi uppnå samma sak för kandidaten för den inre planeten. Detta är möjligt eftersom ljuset passerar genom planetens atmosfär under transiter och en del av elementen absorberas av atmosfärens sammansättningsmaterial. Så vi hoppas kunna lära oss mycket om planetbildning, och därmed också bildandet av det tidiga solsystemet och om unga planeter i synnerhet från CVSO 30-systemet.'
Sedan astronomer först började hitta exoplanetkandidater i avlägsna stjärnsystem, har vi kommit att lära oss hur mångsidigt vårt universum verkligen är. Många av upptäckterna har utmanat våra föreställningar om var planeter kan bildas runt sin moderstjärna, medan andra har visat oss att planeter kan ta många olika former.
Allt eftersom tiden går och vår utforskning av det lokala universum går framåt, kommer vi att utmanas att hitta förklaringar till hur allt hänger ihop. Och ur det kommer nya och mer omfattande modeller utan tvekan att växa fram.