Ovenfra en planet som er omtrent dobbelt så stor som Jupiter, viser denne kunstnerens unnfangelse stjernen som planeten går i bane rundt og den stjernens binære følgesvenn i det fjerne. Kreditt: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Astronomer har oppdaget en Jupiter-liknende planet som kretser rundt en nærliggende stjerne, som er en av et binært par, ved nøyaktig å spore en liten, nesten umerkelig, slingring i den stjernens bevegelse gjennom verdensrommet. Arbeidet deres ga den første bestemmelsen noensinne av den komplette, 3-dimensjonale strukturen til banene til et binært par stjerner og en planet som kretser rundt en av dem. Denne prestasjonen kan gi verdifull ny innsikt i prosessen med planetdannelse, sa astronomene. Dette gjennombruddet ble gjort ved hjelp av National Science Foundations Very Long Baseline Array (VLBA).
Selv mer enn 5,000 ekstrasolare planeter har blitt oppdaget så langt, har bare tre blitt oppdaget ved hjelp av en teknikk kalt astrometri, som ble brukt til å produsere denne oppdagelsen. Men bragden med å bestemme 3D-arkitekturen til et binærstjernesystem som inkluderer en planet "kan ikke oppnås med andre exoplanet oppdagelsesmetoder, sier Salvador Curiel, ved National Autonomous University of Mexico (UNAM).
"Siden de fleste stjerner er i binære eller flere systemer, vil det å kunne forstå systemer som dette hjelpe oss å forstå planetdannelse generelt," sa Curiel.
I denne kunstnerens oppfatning går en liten stjerne (oransje) i bane rundt en Jupiter-lignende planet (blå), og av en følgesvennstjerne (rød). Kreditt: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
De to stjernene, som til sammen kalles GJ 896AB, er omtrent 20 lysår fra Jorden. Det gjør dem til nære naboer av oss etter astronomiske standarder. De er røde dvergstjerner, den vanligste typen stjerne i vår Melkeveien galakse. Den større, som planeten går i bane rundt, har omtrent 44 prosent av massen til solen vår, mens den mindre er omtrent 17 prosent like massiv som Solen. De er atskilt med omtrent avstanden på Neptune fra solen, og går i bane rundt hverandre en gang hvert 229. år.
For sin studie av GJ 896AB kombinerte astronomene data fra optiske observasjoner av systemet gjort mellom 1941 og 2017 med data fra VLBA-observasjoner mellom 2006 og 2011. De gjorde også nye VLBA-observasjoner i 2020. Den kontinentvide VLBAs superskarpe oppløsning, med dens fantastiske evne til å se fine detaljer, ga ekstremt presise målinger av stjernenes posisjoner over tid. En omfattende analyse av dataene utført av astronomene avslørte stjernenes banebevegelser så vel som deres vanlige bevegelse gjennom rommet.
Artistens animasjon illustrerer banebevegelsene til et binært stjernepar og en planet som kretser rundt en av stjernene. Kreditt: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Eksistensen av planeten ble avslørt ved en detaljert sporing av den større stjernens bevegelse som viste en liten slingring. Planetens gravitasjonseffekt på stjernen forårsaker slingringen. Stjernen og planeten går i bane rundt et sted mellom dem kalt barysenteret, som representerer deres felles massesenter. Når denne plasseringen er tilstrekkelig langt fra stjernen, kan stjernens bevegelse rundt den være påviselig.
Ifølge beregninger fra astronomene har planeten omtrent dobbelt så stor masse som Jupiter og går i bane rundt stjernen hver 284. dag. Avstanden fra stjernen er litt mindre enn Venus' avstand fra solen. Planetens bane skråner omtrent 148 grader fra banene til de to stjernene.
"Dette betyr at planeten beveger seg rundt hovedstjernen i motsatt retning av den til sekundærstjernen rundt hovedstjernen," sa Gisela Ortiz-León, fra UNAM og Max Planck Institute for Radioastronomy. "Dette er første gang at en slik dynamisk struktur har blitt observert på en planet assosiert med et kompakt binært system som antagelig ble dannet i den samme protoplanetariske skiven," la hun til.
«Ytterligere detaljerte studier av dette og lignende systemer kan hjelpe oss med å få viktig innsikt i hvordan planeter dannes i binære systemer. Det er alternative teorier for dannelsesmekanismen, og flere data kan muligens indikere hvilken som er mest sannsynlig, sier Joel Sanchez-Bermudez fra UNAM. "Spesielt, nåværende modeller indikerer at en så stor planet er svært usannsynlig som en følgesvenn til en så liten stjerne, så kanskje disse modellene må justeres," la han til.
Den astrometriske teknikken vil være et verdifullt verktøy for å karakterisere flere planetsystemer, sa astronomene. "Vi kan gjøre mye mer arbeid som dette med det planlagte Neste generasjons VLA (ngVLA)", sa Amy Mioduszewski, fra National Radio Astronomy Observatory. "Med den kan vi kanskje finne planeter så små som jorden."
Astronomene rapporterte sine funn i 1. september-utgaven av Astronomisk tidsskrift.
Referanse: "3D Orbital Architecture of a Dwarf Binary System and Its Planetary Companion" av Salvador Curiel, Gisela N. Ortiz-León, Amy J. Mioduszewski og Joel Sanchez-Bermudez, 1. september 2022, Astronomisk tidsskrift.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c66
National Radio Astronomy Observatory er et anlegg av National Science Foundation, drevet under samarbeidsavtale av Associated Universities, Inc.
