Prema najšire prihvaćenoj teoriji, planetarni sistemi se formiraju od velikih oblaka prašine i gasa koji formiraju diskove oko mladih zvijezda. Vrijemenom, ovi diskovi se nagomilavaju i stvaraju planete različite veličine, sastava i udaljenosti od svoje roditeljske zvezde. U poslednjih nekoliko decenija, posmatranja u srednjim i dalekim infracrvenim talasnim dužinama dovela su do otkrića diskova krhotina oko mladih zvijezda (manje od 100 miliona godina). Ovo je omogućilo astronomima da proučavaju planetarne sisteme u njihovoj ranoj istoriji, pružajući novi uvid u to kako se sistemi formiraju i razvijaju.
Ovo uključuje SpHere INfracrveno istraživanje za konzorcijum Ekoplanets (SHINE), međunarodni tim astronoma posvećen proučavanju formiranja zvezdanih sistema. Koristeći ESO-ov veoma veliki teleskop (VLT), SHINE saradnja je nedavno posmatrala i karakterisala disk krhotina obližnje zvezde (HD 114082) u vidljivim i infracrvenim talasnim dužinama. U kombinaciji sa podacima sa NASA-inog transiting Ekoplanet Space Satellite (TESS), mogli su direktno da snime gasni gigant mnogo puta veći od Jupitera („super-Jupiter“) ugrađen u disk.
Tim SHINE je predvodila dr Natalija Engler sa Instituta za fiziku čestica i astrofiziku (IPA) na ETH Cirihu. Pridružili su joj se astronomi iz Evropske južne opservatorije (ESO), Naučnog instituta za svemirski teleskop (STScI), Maks-Plankovog instituta za astronomiju, Instituta za astronomiju i astrofiziku Academia Sinica i više opservatorija i univerziteta. Planirano je da se rad koji opisuje njihova otkrića pojavi u časopisu Astronomi & Astrophisics i trenutno dostupan na arKsiv serveru za preprint.
Kako navode u svom radu, tim se oslanjao na spektro-polarimetrijski instrument istraživanja egzoplaneta visokog kontrasta (SPHERE) na VLT-u da bi napravio optičke i blizu IR slike HD 114082, zvezde F tipa (žuto-beli patuljak ) koji se nalazi u asocijaciji Scorpius–Centaurus—zvezdanom jatu udaljenom oko 310 svetlosnih godina od Zemlje. Poput 500 zvezda koje je istražio tim SHINE, HD 114082 je mlada zvezda okružena protoplanetarnim diskom (od kojeg se formiraju planete). Posmatranja ovih diskova poslednjih decenija pokazala su da su sastavni deo planetarnih sistema:
Kako je dr Engler rekao za Universe Todai putem e-pošte, ova istraživanja datiraju iz 1983. godine i otkrića prvog diska oko Vege. Od tada su izvedene desetine istraživanja u infracrvenim talasnim dužinama i rasejanoj svetlosti korišćenjem svemirskih teleskopa kao što je Heršel svemirska opservatorija i uglednih Hubble i zemaljskih teleskopa kao što je Atacama Large Millimeter-submilimeter Arrai (ALMA), Gemini Planet Imager (GMI), i SPHERE/VLT. Kako je objasnila:
„Ove studije su pružile dragocene informacije o formiranju i evoluciji planetarnih sistema budući da se planete formiraju od materijala prašine, borave u njemu i komuniciraju sa njim. Mladi diskovi krhotina (u prvih sto miliona godina) prate procese formiranja zemaljskih planeta i tako nam njihovo proučavanje pomaže da razumemo dinamičku interakciju i evoluciju zemaljskih planeta, posebno Zemlje, u mladom Sunčevom sistemu.“
Koristeći Sphere, Engler i njen tim su posmatrali HD 114082 u optičkom i bliskom infracrvenom spektru koristeći tehnike ugaone diferencijalne slike (ADI) i polarimetrijskog diferencijalnog snimanja (PDI). Prvi se sastoji od dobijanja slika visokog kontrasta sa teleskopa sa visinskim azimutima dok je rotator instrumenta isključen, omogućavajući instrumentu i optici teleskopa da ostanu poravnati i da se vidno polje rotira u odnosu na instrument. Ovo poslednje uključuje kombinovanje različitih upadnih polarizacija svetlosti i merenje specifičnih polarizacionih komponenti koje predmet prenosi ili rasejava.
Obe tehnike su se intenzivno koristile u proučavanju diskova oko zvezdanih ostataka i (prema Engleru) otkrile su neke zanimljive stvari o HD 114082:
„Naše slike su otkrile svetao planetezimalni pojas na udaljenosti od 35 AJ od zvezde domaćina, veoma sličan Kajperovom pojasu u Sunčevom sistemu. Pojas krhotina je nagnut pod uglom od 83° i ima široku unutrašnju šupljinu. Čestice prašine, koje koje pratimo u ovom zapažanju, imaju veličine oko 5 mikrona i relativno visok albedo rasejanja od 0,65; to znači da raspršuju skoro dve trećine dolaznog zvezdanog zračenja i apsorbuju samo jednu trećinu istog. Rasipana svetlost ima relativno nizak stepen linearnosti polarizacija sa maksimalno 17% što je, međutim, uporedivo sa vrednostima polarizacije kometne prašine u Sunčevom sistemu.“
Tim je takođe konsultovao podatke iz TESS-a kako bi potvrdio prisustvo pratioca super-Jupitera, koje je opservatorija prvi put otkrila 2021. koristeći tranzitnu fotometriju (poznatu i kao Tranzitna metoda). U skladu sa ovim podacima, Engler i njene kolege su potvrdile da planeta kruži oko svoje matične zvezde na približno 0,7 AJ—otprilike na istoj udaljenosti između Venere i Sunca. Nedavna zapažanja zasnovana na merenjima radijalnih brzina potvrdila su ovu planetu i dala procene mase oko osam puta veće od Jupitera.
„HD 114082 predstavlja primer za mlade planetarne sisteme, gde je prisustvo planetarnih pratilaca zvezde domaćina zaključeno iz otkrića diska krhotina“, dodao je Engler. „Ovo potvrđuje teorijska razmatranja sistema krhotina kao putokaza za mlade planete. Proučavanje ovog i drugih sličnih planetarnih sistema omogućiće [astronomima] da uspostave vezu između svojstava ekstrasolarnih Kajperovih pojaseva i planeta koje se nalaze u njima.“
Implikacije ove studije prevazilaze proučavanje mladih zvezda i planetarnih sistema koji su još u formiranju. Oni su takođe značajni za proučavanje našeg Sunčevog sistema, koji ima neke zanimljive paralele sa ovim protoplanetarnim okruženjima.
Engler je rekao: „Studije direktnog snimanja u poslednjoj deceniji pokazuju da je cirkumzvezdani materijal u mnogim diskovima krhotina ograničen na prstenaste strukture, slično kao dva pojasa krhotina u Sunčevom sistemu: pojas Edgevorth-Kuiper i glavni asteroidni pojas. Šupljine unutar ekstrasolarnih Kajperovih pojaseva zakrivljene su nevidljivim planetama, koje ostavljaju svoje otiske u distribuciji prašine, kao što su deformacije, grudve i ekscentriciteti pojasa.“
Na kraju, ova studija pokazuje rastuću upotrebu i efikasnost direktnih studija slikanja, koje su moguće zahvaljujući poboljšanim instrumentima, mogućnostima snimanja i metodama deljenja podataka. U bliskoj budućnosti, instrumenti sledeće generacije će omogućiti još preciznije i detaljnije studije direktnog zamišljanja. Ovo uključuje svemirske opservatorije kao što su JVST i rimski svemirski teleskop Nanci Grace i zemaljske teleskope kao što su Ekstremno veliki teleskop (ELT), Džinovski Magelanov teleskop i tridesetmetarski teleskop (TMT).
Proučavajući geometriju i asimetrične karakteristike diskova krhotina, astronomi mogu predvideti lokaciju i mase planeta koje se još ne mogu detektovati trenutnim instrumentima. „Direktno snimanje omogućava proučavanje svojstava rasejanja čestica prašine oko udaljenih zvezda“, dodao je Engler. „Ova svojstva sadrže informacije o sastavu, obliku i veličini čestica, i na taj način možemo steći uvid u sastav građevnih blokova egzoplaneta.
