Naukowcy opisują to wydarzenie jako „intensywny i gwałtowny proces”. Odkrycie to potwierdza długo dyskutowaną teorię formowania się planet takich jak Jowisz, zwaną „niestabilnością dysku”.

„Interpretacja tego systemu jest niezwykle trudna. To jeden z powodów, dla których potrzebowaliśmy Hubble'a do tego projektu – czystego obrazu, aby lepiej oddzielić światło od dysku i dowolnej planety”. Thayne Currie, główny naukowiec w badaniu

Nowy świat w budowie jest osadzony w protoplanetarnym dysku pyłu i gazu z wyraźną spiralną strukturą wirującą wokół młodej gwiazdy, której wiek szacuje się na około 2 miliony lat. To mniej więcej w wieku naszego Układu Słonecznego, kiedy trwało formowanie się planet. (Wiek Układu Słonecznego wynosi obecnie 4,6 miliarda lat.)

„Natura jest sprytna; może tworzyć planety na wiele różnych sposobów” – powiedział Thayne Currie z Teleskopu Subaru i Eureka Scientific, główny naukowiec w badaniu.

Wszystkie planety zbudowane są z materiału pochodzącego z dysku okołogwiazdowego. Dominująca teoria formowania się planet jowiszowych nazywana jest „akrecją jądra”, podejściem oddolnym, w którym planety osadzone w dysku wyrastają z małych obiektów – o rozmiarach od ziaren pyłu po głazy – zderzających się i sklejających się, gdy krążą wokół gwiazdy. Ten rdzeń następnie powoli gromadzi gaz z dysku. W przeciwieństwie do tego, podejście polegające na niestabilności dysku jest modelem odgórnym, w którym gdy masywny dysk wokół gwiazdy stygnie, grawitacja powoduje, że dysk gwałtownie rozpada się na jeden lub więcej fragmentów o masie planety.

Nowo powstająca planeta, zwana AB Aurigae b, jest prawdopodobnie około dziewięć razy masywniejsza od Jowisza i krąży wokół swojej gwiazdy macierzystej w ogromnej odległości 8,6 miliarda mil – ponad dwa razy dalej niż Pluton od naszego Słońca. Z tej odległości zajęłoby bardzo dużo czasu, jeśli w ogóle, aby planeta wielkości Jowisza uformowała się w wyniku akrecji jądra. Prowadzi to naukowców do wniosku, że niestabilność dysku umożliwiła tej planecie formowanie się na tak dużej odległości. I jest to uderzający kontrast z oczekiwaniami dotyczącymi formowania się planet przez powszechnie akceptowany model akrecji jądra.

Nowa analiza łączy dane z dwóch instrumentów Hubble'a: Space Telescope Imaging Spectrograph i Near Infrared Camera oraz Multi-Object Spectrograph. Dane te zostały porównane z danymi uzyskanymi z najnowocześniejszego instrumentu do obrazowania planet o nazwie SCExAO na japońskim 8,2-metrowym Teleskopie Subaru, znajdującym się na szczycie Mauna Kea na Hawajach. Bogactwo danych z teleskopów kosmicznych i naziemnych okazało się kluczowe, ponieważ rozróżnienie między młodymi planetami a złożonymi cechami dysku niezwiązanymi z planetami jest bardzo trudne.

Naukowcom udało się bezpośrednio sfotografować nowo tworzącą się egzoplanetę AB Aurigae b na przestrzeni 13 lat za pomocą Spektrografu Obrazowania Teleskopu Kosmicznego Hubble'a (STIS) oraz jego kamery bliskiej podczerwieni i spektrografu wieloobiektowego (NICMOS). W prawym górnym rogu zdjęcie NICMOS z Hubble'a, wykonane w 2007 roku, pokazuje AB Aurigae b dokładnie na południe w porównaniu z jej gwiazdą macierzystą, która jest zakryta koronografem instrumentu. Zdjęcie wykonane w 2021 roku przez STIS pokazuje, że protoplaneta poruszała się w czasie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Źródło zdjęć: Badanie: NASA, ESA, Thayne Currie (teleskop Subaru, Eureka Scientific Inc.); Przetwarzanie obrazu: Thayne Currie (teleskop Subaru, Eureka Scientific Inc.), Alyssa Pagan (STScI)

Pomocna dłoń pomogła również sama natura: ogromny dysk pyłu i gazu wirujący wokół gwiazdy AB Aurigae jest pochylony niemal płaszczyzną skierowaną do naszego widoku z Ziemi.

Currie podkreślił, że długowieczność Hubble'a odegrała szczególną rolę w pomaganiu naukowcom w pomiarze orbity protoplanety. Początkowo był bardzo sceptyczny, że AB Aurigae b była planetą. Dane archiwalne z Hubble'a w połączeniu z obrazami z Subaru okazały się punktem zwrotnym w zmianie jego zdania.

„Nie mogliśmy wykryć tego ruchu przez około rok lub dwa lata” – powiedział Currie. „Hubble dostarczył linii bazowej czasu, w połączeniu z danymi Subaru, z 13 lat, co było wystarczające do wykrycia ruchu orbitalnego”.

„Ten wynik wykorzystuje obserwacje naziemne i kosmiczne i możemy cofnąć się w czasie dzięki obserwacjom archiwalnym Hubble'a” – dodał Olivier Guyon z University of Arizona w Tucson i Subaru Telescope na Hawajach. „AB Aurigae b była teraz analizowana w wielu długościach fal i wyłonił się spójny obraz – bardzo solidny”.

Wyniki zespołu zostały opublikowane w Nature Astronomy z 4 kwietnia.

„To nowe odkrycie jest mocnym dowodem na to, że niektóre gazowe olbrzymy mogą powstawać dzięki mechanizmowi niestabilności dysku” – podkreślił Alan Boss z Carnegie Institution of Science w Waszyngtonie. „W końcu liczy się tylko grawitacja, ponieważ pozostałości procesu formowania się gwiazd zostaną ściągnięte razem przez grawitację, tworząc planety w taki czy inny sposób”.

Zrozumienie wczesnych dni formowania się planet podobnych do Jowisza dostarcza astronomom większego kontekstu w historii naszego Układu Słonecznego. Odkrycie to otwiera drogę do przyszłych badań nad składem chemicznym dysków protoplanetarnych, takich jak AB Aurigae, w tym za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Kosmiczny Teleskop Hubble'a to projekt międzynarodowej współpracy NASA i ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej). Centrum lotów kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland zarządza teleskopem. Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore w stanie Maryland prowadzi operacje naukowe Hubble'a. STScI jest obsługiwane dla NASA przez Association of Universities for Research in Astronomy w Waszyngtonie.

Źródło ilustracji: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)