Wissenschaftler, die mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) die protoplanetare Scheibe um einen jungen Stern untersuchen, haben den bisher überzeugendsten chemischen Beweis für die Entstehung von Protoplaneten entdeckt. Die Entdeckung wird Astronomen eine alternative Methode zur Erkennung und Charakterisierung von Protoplaneten bieten, wenn direkte Beobachtungen oder Bildgebung nicht möglich sind. Die Ergebnisse werden in einer kommenden Ausgabe von veröffentlicht Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe.
HD 169142 ist ein junger Stern im Sternbild Schütze, der für Astronomen von großem Interesse ist, da er eine große, staub- und gasreiche zirkumstellare Scheibe aufweist, die fast frontal betrachtet wird. Im letzten Jahrzehnt wurden mehrere Protoplaneten-Kandidaten identifiziert, und Anfang des Jahres bestätigten Wissenschaftler der Universität Lüttich und der Monash University, dass es sich bei einem solchen Kandidaten – HD 169142 b – tatsächlich um einen riesigen Jupiter-ähnlichen Protoplaneten handelt.
Die Entdeckungen, die in einer neuen Analyse von Archivdaten von ALMA – einer internationalen Zusammenarbeit, an der das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) der National Science Foundation beteiligt ist – enthüllt wurden, könnten es Wissenschaftlern nun leichter machen, Protoplaneten zu entdecken, zu bestätigen und letztendlich zu charakterisieren sich um junge Sterne bilden.
„Als wir HD 169142 und seine Scheibe im Submillimeter-Wellenlängenbereich untersuchten, identifizierten wir mehrere überzeugende chemische Signaturen dieses kürzlich bestätigten Gasriesen-Protoplaneten“, sagte Charles Law, Astronom am Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, und Hauptautor der neuen Studie. „Wir haben jetzt die Bestätigung, dass wir mithilfe chemischer Signaturen herausfinden können, welche Arten von Planeten sich in den Scheiben um junge Sterne bilden könnten.“
Das Team konzentrierte sich auf das System HD 169142, weil es glaubte, dass die Anwesenheit des riesigen Protoplaneten HD 169142 b wahrscheinlich von nachweisbaren chemischen Signaturen begleitet sein würde, und sie hatten Recht. Laws Team entdeckte Kohlenmonoxid (sowohl 12CO als auch sein Isotopologe 13CO) und Schwefelmonoxid (SO), die bereits zuvor entdeckt worden waren und vermutlich mit Protoplaneten in anderen Scheiben in Zusammenhang stehen. Doch erstmals entdeckte das Team auch Siliziummonosulfid (SiS).
Dies kam überraschend, denn damit die SiS-Emission von ALMA nachgewiesen werden kann, müssen Silikate in massiven Stoßwellen aus nahegelegenen Staubkörnern freigesetzt werden, die durch Gasbewegungen mit hoher Geschwindigkeit verursacht werden, ein Verhalten, das typischerweise bei Ausflüssen auftritt, die von riesigen Protoplaneten angetrieben werden.
„SiS war ein Molekül, das wir noch nie zuvor in einer protoplanetaren Scheibe gesehen hatten, geschweige denn in der Nähe eines riesigen Protoplaneten“, sagte Law. „Der Nachweis der SiS-Emission fiel uns auf, weil dies bedeutet, dass dieser Protoplanet starke Stoßwellen im umgebenden Gas erzeugen muss.“
Mit diesem neuen chemischen Ansatz zum Nachweis junger Protoplaneten öffnen Wissenschaftler möglicherweise ein neues Fenster zum Universum und vertiefen ihr Verständnis von Exoplaneten. Protoplaneten, insbesondere solche, die noch in ihren zirkumstellaren Elternscheiben eingebettet sind, wie zum Beispiel im System HD 169142, stellen eine direkte Verbindung zur bekannten Exoplanetenpopulation her.
„Es gibt eine große Vielfalt an Exoplaneten und durch die Verwendung der mit ALMA beobachteten chemischen Signaturen erhalten wir eine neue Möglichkeit zu verstehen, wie sich verschiedene Protoplaneten im Laufe der Zeit entwickeln und ihre Eigenschaften letztendlich mit denen von Exoplanetensystemen in Verbindung bringen“, sagte Law.
„Diese Entdeckung stellt nicht nur ein neues Werkzeug für die Planetensuche mit ALMA dar, sondern eröffnet auch eine Menge spannender Chemie, die wir noch nie zuvor gesehen haben. Während wir weiterhin mehr Scheiben um junge Sterne untersuchen, werden wir unweigerlich auf andere interessante Dinge stoßen.“ unerwartete Moleküle, genau wie SiS. Entdeckungen wie diese deuten darauf hin, dass wir gerade erst an der Oberfläche der wahren chemischen Vielfalt kratzen, die mit protoplanetaren Umgebungen verbunden ist.“
Mehr Informationen:
Law et al, SO und SiS Emission Tracing an Embedded Planet und Compact 12CO und 13CO Counterparts in the HD 169142 Disk, Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe (2023).