Gli astronomi che utilizzano la potenza combinata di due telescopi delle Hawaii hanno compiuto nuove immagini nitide di un lontano sistema planetario che probabilmente assomiglia a una versione per bambini del nostro sistema solare.

Usando il telescopio Subaru e l'osservatorio W. M. Keck, il team ha ottenuto e analizzato i dati per una stella neonata simile al Sole chiamata LkCa 15. Studi precedenti che utilizzavano un metodo di interferometria avanzato avevano dedotto che tre pianeti infantili stavano orbitando attorno a questa stella. Però, per questo metodo, determinare esattamente quanta luce proviene da un pianeta rispetto ad altre fonti come un disco può essere particolarmente difficile. Nuovi dati dell'Osservatorio Subaru e Keck sembrano risolvere questo mistero; la maggior parte della luce che si pensa provenga dai tre pianeti candidati sembra provenire da un disco di gas e polvere.

"LkCa 15 è un sistema molto complesso, "ha detto Thayne Currie, autore principale dello studio e astrofisico presso il NASA-Ames Research Center e il Subaru Telescope. "Prima di analizzare i nostri dati Keck e Subaru e dati gli stessi dati di mascheramento dell'apertura precedenti, avremmo anche concluso che LkCa 15 ha rilevato tre pianeti supergioviani."

I risultati della squadra saranno presto pubblicati su Le Lettere del Giornale Astrofisico .

LkCa 15 è circondato da un enorme disco protoplanetario fatto di gas e polvere, che sono gli elementi costitutivi dei pianeti. Le prime analisi di questo disco hanno mostrato che ha una grande cavità impoverita, un segno rivelatore che gran parte del materiale del disco è già stato incorporato in enormi, sviluppo di embrioni planetari, o "protopianeti". Mentre lo studio esclude pianeti supergioviani molto luminosi, Currie dice che è probabile che più debole, pianeti meno massicci potrebbero trovarsi nel sistema LkCa 15:forse quelli come Giove e Saturno.

"I pianeti in questo sistema solare infantile potrebbero effettivamente essere molto più simili al nostro sistema solare di quanto si pensasse in precedenza. Sono certamente lì da qualche parte, eventualmente incorporato nel disco. Continueremo a cercare di trovarli, " disse Curry.

Metodologia

I risultati sono stati ottenuti utilizzando immagini ad alta risoluzione del sistema LkCa 15 ottenute da strumenti complementari su Maunakea. A Subaru, i ricercatori hanno utilizzato un nuovo strumento di imaging planetario all'avanguardia:il sistema Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) accoppiato allo spettrografo a campo integrale CHARIS per ottenere immagini estremamente nitide a lunghezze d'onda del vicino infrarosso. Il team ha anche utilizzato il potente sistema di ottica adattiva del Keck Observatory e la Near-Infrared Camera (NIRC2) per ottenere nuove immagini nitide più a lungo, lunghezze d'onda dell'infrarosso termico in cui i giovani pianeti emettono più luce.

Il team ha anche ottenuto una visione "prima e dopo" del sistema accedendo al Keck Observatory Archive (KOA) per trovare i dati NIRC2 presi per LkCa 15 dal 2009 – oltre otto anni prima delle più recenti immagini SCExAO/CHARIS e NIRC2. KOA è un archivio accessibile al pubblico di tutti i dati di alto valore ottenuti presso l'Osservatorio ed è gestito dall'Osservatorio Keck in collaborazione con l'Exoplanet Science Institute (NExScI) della NASA al Caltech.

I dati combinati hanno mostrato che la maggior parte della luce che circonda LkCa 15 proviene da una struttura ad arco estesa, il bordo visibile di un altro componente del disco di LkCa 15. Questo arco ha la stessa luminosità precedentemente attribuita ai pianeti intorno a LkCa 15.

I dati KOA di quasi dieci anni per LkCa 15 giocano un ruolo unico nella comprensione di questo sistema planetario. Se confrontato con i nuovi dati del Keck Observatory e del Subaru Telescope, i dati KOA hanno anche mostrato che la luce emessa dalla struttura ad arco di LkCa 15 è statica nel corso di otto anni.

"Questo è coerente con un fisso, struttura a disco. Senza il KOA, non saremmo stati in grado di conoscere questo fatto fondamentale, " disse Curry.

"È fantastico vedere questi nuovi dati di Keck e Subaru combinati con i dati del KOA, " disse John O'Meara, capo scienziato dell'Osservatorio Keck. "Questo risultato mostra l'importanza del KOA, ed è una grande dimostrazione di come si possono fare nuove scoperte con i "vecchi" dati."

Prossimi passi

Il team continuerà la sua ricerca di protopianeti in LkCa 15, in quanto è ampiamente considerato come un superbo laboratorio per lo studio della formazione dei pianeti. Anche se trovare questi pianeti oscurati e separare la loro luce dal disco di LkCa 15 sarà una sfida, c'è un chiaro percorso in avanti.

Recentemente, Keck Observatory ha sostanzialmente migliorato la capacità di imaging del pianeta di NIRC2 come parte del progetto Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). Il sistema è stato dotato di una nuova fotocamera per rendere più nitide le immagini di rosso, svenire, stelle lontane come LkCa 15 e coronografi per bloccare meglio il bagliore della luce stellare che ci impedisce di vedere facilmente i pianeti.

Allo stesso modo, SCExAO è stato ulteriormente aggiornato con telecamere aggiuntive per identificare meglio i pianeti più deboli vicino alle loro stelle. Questi miglioramenti potrebbero consentire a KPIC e SCExAO di vedere deboli pianeti simili a Giove su orbite simili a Saturno che si muovono sullo sfondo del disco di LkCa 15.

Più avanti in futuro, un successore di SCExAO e KPIC sull'imminente Thirty Meter Telescope su Maunakea, il Planetary Systems Imager, potrebbe rappresentare e caratterizzare anche masse più basse, pianeti più deboli intorno a LkCa 15 su orbite simili a Marte-Giove.

Strumenti di imaging planetario all'avanguardia come SCExAO e KPIC "aprono la porta a una migliore comprensione dell'origine e dell'evoluzione dei sistemi planetari, e se la storia del nostro sistema solare è comune o rara, " disse Motohide Tamura, il Direttore del Centro di Astrobiologia degli Istituti Nazionali di Scienze Naturali in Giappone e coautore di questo studio.