Perburuan planet lain di galaksi kita telah memanas dalam beberapa dekad yang lalu, dengan 3869 planet dikesan dalam 2,886 sistem dan 2,898 calon lagi menunggu pengesahan. Walaupun penemuan planet-planet ini telah banyak mengajar para saintis tentang jenis planet yang ada di galaksi kita, masih banyak yang kita tidak tahu mengenai proses pembentukan planet ini.
Untuk menjawab soalan-soalan ini, sebuah pasukan antarabangsa baru-baru ini menggunakan Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) untuk melakukan tinjauan resolusi tinggi berskala besar pertama cakera protoplanet di sekitar bintang yang berdekatan. Dikenali sebagai Substruktur Disk pada Projek Resolusi Sudut Tinggi (DSHARP), program ini menghasilkan gambar beresolusi tinggi dari 20 sistem berdekatan di mana habuk dan gas sedang dalam proses pembentukan planet baru.
Hasilnya dibahagi dalam sepuluh siri makalah yang akan muncul dalam edisi khas Surat Jurnal Astrofizik. Pasukan yang bertanggungjawab termasuk anggota dari Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Balai Cerap ALMA Bersama, dan beberapa pemerhatian, institusi penyelidikan dan universiti.
Dalam setiap kes tersebut, para penyelidik DSHARP mencatat adanya jurang dalam cakera yang berada jauh dari bintang pusat dan nampaknya membezakan bahagian dalam dan luar cakera. Cincin yang dihasilkan juga dibungkus dengan padat atau membentuk tali nipis, bergantung pada jaraknya dari bintang. Pola-pola ini, mereka menunjukkan, boleh menjadi hasil dari rakan planet yang tidak kelihatan yang mengganggu cakera.
Kemungkinan lain ialah struktur cakera mengalami ketidakstabilan global yang serupa dengan yang dilihat pada galaksi spiral (seperti Bima Sakti). Menurut para penyelidik, penjelasan yang paling menarik adalah bahawa planet besar (seperti raksasa gas) terbentuk terutama di luar cakera, yang akan menunjukkan bahawa pembentukan planet berlaku lebih cepat daripada teori semasa mengenai pembentukan planet.
Penjelasan yang mungkin berlaku ini juga dapat membantu menjelaskan bagaimana planet-planet terestrial (berukuran berbatu dan serupa dengan Bumi) yang terbentuk lebih dekat dengan bintang-bintang mereka dapat bertahan pada peringkat awal pembentukannya. Sean Andrews, ahli astronomi di Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian (CfA) dan salah seorang pemimpin * kempen pemerhatian ALMA, menjelaskan kepentingan penemuan ini dalam siaran akhbar NRAO:
"Tujuan kempen pemerhatian selama berbulan-bulan ini adalah untuk mencari kesamaan struktur dan perbezaan dalam cakera protoplanet. Penglihatan ALMA yang sangat tajam telah memperlihatkan struktur dan corak yang tidak dijangka sebelumnya. Kami melihat perincian yang berbeza mengenai pelbagai bintang muda dari pelbagai massa. Tafsiran yang paling menarik dari ciri-ciri skala kecil yang sangat pelbagai ini ialah terdapat planet-planet ghaib yang berinteraksi dengan bahan cakera. "
Menurut model utama pembentukan planet, planet dilahirkan oleh pengumpulan debu dan gas secara beransur-ansur di dalam cakera protoplanet. Ini bermula dengan butiran debu yang bersatu membentuk batuan yang lebih besar dan lebih besar sehingga asteroid, planet dan planet muncul. Proses ini dianggap memakan masa berjuta-juta tahun, yang bermaksud bahawa cakera protoplanet dalam sistem yang lebih tua akan lebih banyak kesannya.
Namun, pemerhatian awal yang dilakukan oleh ALMA menunjukkan bahawa banyak cakera protoplanet muda mempunyai struktur yang jelas seperti cincin dan celah. Ciri-ciri ini biasanya dikaitkan dengan kehadiran planet, dan bahkan terdapat dalam beberapa sistem yang baru berusia satu juta tahun. Seperti yang dijelaskan oleh Jane Huang, seorang pelajar siswazah di CfA dan ahli pasukan penyelidikan:
"Sangat mengejutkan untuk melihat kemungkinan tanda-tanda pembentukan planet pada gambar resolusi tinggi pertama cakera muda. Penting untuk mengetahui sama ada ini adalah anomali atau apakah tandatangan itu biasa di cakera. "
Oleh kerana kumpulan sampel awal begitu kecil, kempen DSHARP dipasang untuk memerhatikan cakera protoplanet lain untuk perbandingan. Oleh kerana zarah-zarah debu diketahui bersinar dalam panjang gelombang milimeter, pasukan kempen dapat menggunakan array ALMA untuk memetakan dengan tepat pengedaran ketumpatan tali pinggang debu di sekitar sistem bintang muda dan (bergantung pada jarak bintang) untuk memetakan ciri sebagai sekecil beberapa Unit Astronomi.
Pada akhirnya, pasukan penyelidik mendapati bahawa banyak substruktur (iaitu jurang sepusat dan cincin sempit) adalah biasa untuk hampir semua cakera, sedangkan corak lingkaran skala besar dan ciri seperti busur lebih jarang berlaku. Mereka juga mendapati bahawa cakera dan jurang terdapat pada jarak yang jauh dari bintang tuan rumah mereka - mulai dari beberapa AU hingga lebih dari seratus.
Seperti yang dinyatakan, pemerhatian ini dapat membantu menyelesaikan misteri yang berkekalan dalam teori pembentukan planet. Secara khusus, ahli astronomi tertanya-tanya bagaimana planet dapat terbentuk ketika dinamika cakera protoplanet yang halus akan menyebabkan badan yang berdiameter lebih dari satu sentimeter jatuh ke bintang tuan rumahnya. Dalam keadaan seperti itu, objek berbatu yang lebih besar daripada asteroid tidak boleh wujud.
Pada dasarnya, cincin debu yang padat yang diamati oleh pasukan akan menimbulkan gangguan pada cakera, yang dapat membuat zon di mana planetesimals selamat dan mempunyai masa yang diperlukan untuk tumbuh menjadi planet. Sebagai Laura Perez, seorang penyelidik di University of Chile dan anggota pasukan penyelidikan, menunjukkan:
"Ketika ALMA benar-benar mengungkapkan kemampuannya dengan gambar ikonik HL Tau, kami harus bertanya-tanya apakah itu lebih baik kerana cakera itu relatif besar dan muda. Pemerhatian terbaru ini menunjukkan bahawa, walaupun mengejutkan, HL Tau jauh dari luar biasa dan sebenarnya dapat mewakili evolusi planet yang normal di sekitar bintang muda. "
Penyelidikan ini menunjukkan kekuatan yang dimiliki oleh instrumen canggih dan kolaborasi saintifik hari ini. Berkat kemampuan untuk melihat lebih banyak dan melihat lebih jauh, saintis dapat menguji teori astronomi seperti sebelumnya. Dan dalam prosesnya, pandangan kita yang paling mendasar tentang bagaimana Alam Semesta wujud sedang disahkan dan dicabar.
Pastikan untuk menikmati animasi seperti apa cakera protoplanet, berdasarkan program NRAO Outreach:
* Pemimpin lain dari kempen pemerhatian ALMA adalah Andrea Isella dari Rice University, Laura Pérez dari University of Chile, dan Cornelis Dullemond dari Heidelberg University.
