A csillagászok egyetértenek abban, hogy a bolygók protoplanetáris korongokban születnek – ezek olyan por- és gázgyűrűk, amelyek fiatal, újszülött csillagokat vesznek körül. Bár már több száz ilyen korongot találtak a Világegyetemben, a konkrét bolygóformálódás megfigyelése nehézkesnek bizonyult ezekben a környezetekben.

A Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics csillagászai új módszert fejlesztettek ki az újszülött bolygók észlelésére – ezzel pedig komoly bizonyítékot szereztek egy kisebb, Neptunuszhoz vagy Szaturnuszhoz hasonló bolygó létezésére. Eredményeiket a The Astrophysical Journal Letters című lapban tették közzé.

Az LkCa 15 jelű rendszerben felfedezett kis, Szaturnuszhoz hasonló bolygó művészi illusztrációja. A bolygó a fényes, sárga csillagot körülvevő sűrű por- és gázgyűrűkön belül helyezkedik el. Az illusztráció nem méretarányos. (Forrás: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)

„A fiatal bolygók közvetlen megfigyelése nehéz feladat, és ezidáig csak egy vagy két esetben volt sikeres.” – mondja Feng Long, a kutatás vezetője. „A bolygók túl halványak ahhoz, hogy lássuk őket, mivel vastag gáz- és porrétegbe ágyazódnak.” A kutatóknak ehelyett olyan nyomokat kell találniuk, amelyek arra utalnak, hogy bolygó fejlődik a porrétegben.

„Az elmúlt néhány évben számos struktúrát láttunk a korongokon, amelyek utalhatnak bolygók létezésére, de akár másra is.” – mondja Long. „Új technikákra van szükségünk, amelyekkel megerősíthetjük, hogy valóban egy bolygó van ott. A kutatás során Long újra megvizsgálta az LkCa 15 jelű protoplanetáris korongot. A Bika csillagképben megfigyelhető korong 518 fényévre van tőlünk. Korábban egy kutatócsoport az ALMA rádiótávcső-hálózat segítségével már bizonyította, hogy bolygóformálódás megy végbe benne.

A kutatók most beleásták magukat az LkCa 15-ről rögzített ALMA-adatokba, amelyek főként 2019-ből származnak, és két halvány jelet detektáltak, amelyeket korábban nem észleltek.

A csillagtól nagyjából 42 csillagászati egységre – vagyis a Nap–Föld távolság 42-szeresére – egy poros gyűrűt fedeztek fel, amelyben két különálló, fényes anyagcsomó keringett. Az anyag egy kis csomóba és egy nagyobb ívbe rendeződött, egymástól 120 fokos szögben.

Long számítógépes modellekkel igyekezett kideríteni, hogy mi okozta az anyag felhalmozódását, és rájött, hogy a sűrűsödések mérete és elhelyezkedése megfelel egy bolygó jelenlétét is számításba vevő modellnek. „Az ív és a csomó 120 fokra van egymástól.” – mondja Long. „Ez a szög nem véletlen – matematikai szempontból fontos.”

A kutató a Lagrange-pontokra utal. Ezek azok a pontok, ahol két égitest, például egy csillag és egy körülötte keringő bolygó gravitációja viszonylag stabil régiókat hoz létre, ahol az anyag felhalmozódhat. „Azt látjuk, hogy ez az anyag nem mozog szabadon, hanem egy fizikailag pontosan meghatározott helyen marad a többi égitesthez képest.” – magyarázza Long.

Ebben az esetben a kutatók által felfedezett anyagív és anyagcsomó az L4 és L5 Lagrange-pontokban helyezkedik el. Köztük, 60 fokra egy kis méretű bolygó rejtőzködik; ez okozza az anyag felhalmozódását az L4 és L5 pontokban. Az eredmények azt mutatják, hogy a bolygó nagyjából Neptunusz vagy Szaturnusz méretű és 1–3 millió éves lehet. (Ez a bolygók esetében fiatal kornak számít.)

A kis, újszülött bolygó közvetlen lefényképezése korlátozott technológiánk miatt egyelőre nem lehetséges, de Long szerint az ALMA rádiótávcső-hálózat további megfigyeléseivel megerősíthetik majd a létezését. A kutató abban bízik, hogy a bolygók felfedezésére kidolgozott új megközelítése – vagyis annak figyelembe vétele, hogy az anyag előszeretettel halmozódik fel a Lagrange-pontokban – a jövőben hasznára lesz a csillagászoknak.

„Remélem, hogy ezt a módszert a jövőben széleskörűen alkalmazni fogják.” – mondja. „Egyedül arra kell nagyon figyelni, hogy ehhez nagyon részletes megfigyelések kellenek, mivel a jel igen gyenge.”

Forrás: Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian