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Seltsame Umlaufbahnen von Tatooine-Planetenscheiben – Auffallende Orbitalgeometrien um binäre Sterne

Tatooine Exoplanet Doppel Sonnenuntergang

Künstlerische Darstellung eines doppelten Sonnenuntergangs auf einem „Tatooine“ -Exoplaneten, der sich in einer Zirkumbinärscheibe bildet, die nicht mit den Umlaufbahnen ihrer Doppelsterne ausgerichtet ist. Bildnachweis: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Astronomen mit dem Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) haben auffällige Orbitalgeometrien in protoplanetaren Scheiben um Doppelsterne gefunden. Während Scheiben, die die kompaktesten binären Sternsysteme umkreisen, nahezu dieselbe Ebene haben, weisen Scheiben, die breite Binärdateien umgeben, Orbitalebenen auf, die stark geneigt sind. Diese Systeme können uns etwas über die Planetenbildung in komplexen Umgebungen lehren.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden Tausende von Planeten gefunden, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. Einige dieser Planeten umkreisen zwei Sterne, genau wie Luke Skywalkers Heimat Tatooine. Planeten werden in protoplanetaren Scheiben geboren – wir haben jetzt dank ALMA wunderbare Beobachtungen davon -, aber die meisten der bisher untersuchten Scheiben umkreisen einzelne Sterne. “Tatooine” -Exoplaneten bilden sich in Scheiben um Doppelsterne, sogenannte Zirkumbinärscheiben.

Das Studium der Geburtsorte von Tatooine-Planeten bietet eine einzigartige Gelegenheit, zu erfahren, wie sich Planeten in verschiedenen Umgebungen bilden. Astronomen wissen bereits, dass die Umlaufbahnen von Doppelsternen die Scheibe um sie herum verziehen und kippen können, was zu einer Zirkumbinärscheibe führt, die relativ zur Umlaufbahn ihrer Wirtssterne falsch ausgerichtet ist. Zum Beispiel in einer Studie von 2019 unter der Leitung von Grant Kennedy von der Universität von Warwick, UK, ALMA fand eine auffällige Zirkumbinärscheibe in einer polaren Konfiguration.

“Mit unserer Studie wollten wir mehr über die typischen Geometrien von Zirkumbinärscheiben erfahren”, sagte der Astronom Ian Czekala von der University of California in Berkeley. Czekala und sein Team verwendeten ALMA-Daten, um den Grad der Ausrichtung von neunzehn protoplanetaren Scheiben um Doppelsterne zu bestimmen. “Die hochauflösenden ALMA-Daten waren entscheidend für die Untersuchung einiger der kleinsten und schwächsten Zirkumbinärscheiben, die es bisher gab”, sagte Czekala.

Ausgerichtete und falsch ausgerichtete protoplanetare Scheiben um binäre Sterne

Zwei Beispiele für ausgerichtete und falsch ausgerichtete protoplanetare Scheiben um Doppelsterne (zirkumbinäre Scheiben), die mit ALMA beobachtet wurden. Zur Verdeutlichung werden binäre Sternbahnen hinzugefügt. Links: Im Sternensystem HD 98800 B ist die Platte falsch mit den inneren Doppelsternen ausgerichtet. Die Sterne umkreisen sich in 315 Tagen (in dieser Ansicht auf uns zu und von uns weg). Rechts: Im Sternensystem AK Sco stimmt die Scheibe mit der Umlaufbahn ihrer Doppelsterne überein. Die Sterne umkreisen sich in 13,6 Tagen. Bildnachweis: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), I. Czekala und G. Kennedy; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Die Astronomen verglichen die ALMA-Daten der Zirkumbinärscheiben mit dem Dutzend Tatooine-Planeten, die mit dem Kepler-Weltraumteleskop gefunden wurden. Zu ihrer Überraschung stellte das Team fest, dass der Grad der Fehlausrichtung von Doppelsternen und ihren Zirkumbinärscheiben stark von der Umlaufzeit der Wirtssterne abhängt. Je kürzer die Umlaufzeit des Doppelsterns ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er eine Scheibe entsprechend ihrer Umlaufbahn hostet. Binärdateien mit Zeiträumen von mehr als einem Monat hosten jedoch normalerweise falsch ausgerichtete Festplatten.

“Wir sehen eine deutliche Überlappung zwischen den kleinen Scheiben, die kompakte Binärdateien umkreisen, und den zirkumbinären Planeten, die bei der Kepler-Mission gefunden wurden”, sagte Czekala. Da die primäre Kepler-Mission 4 Jahre dauerte, konnten Astronomen nur Planeten um Doppelsterne entdecken, die sich in weniger als 40 Tagen gegenseitig umkreisen. Und alle diese Planeten waren auf ihre Wirtssternbahnen ausgerichtet. Ein anhaltendes Rätsel war, ob es viele falsch ausgerichtete Planeten geben könnte, die Kepler nur schwer finden würde. “Mit unserer Studie wissen wir jetzt, dass es wahrscheinlich keine große Population von falsch ausgerichteten Planeten gibt, die Kepler übersehen hat, da zirkumbinäre Scheiben um enge Doppelsterne normalerweise auch auf ihre Sternwirte ausgerichtet sind”, fügte Czekala hinzu.

Basierend auf diesem Befund kommen die Astronomen jedoch zu dem Schluss, dass falsch ausgerichtete Planeten um breite Doppelsterne da draußen sein sollten und dass es eine aufregende Population wäre, mit anderen zu suchen Exoplanet-Findungsmethoden wie direkte Bildgebung und Mikrolinse. (NASABei der Kepler-Mission wurde die Transitmethode verwendet, mit der ein Planet gefunden werden kann.)

Czekala möchte nun herausfinden, warum es eine so starke Korrelation zwischen der (falschen) Ausrichtung der Scheibe und der binären Sternumlaufzeit gibt. „Wir möchten vorhandene und kommende Einrichtungen wie ALMA und das Very Large Array der nächsten Generation nutzen, um Plattenstrukturen mit exquisiter Präzision zu untersuchen“, sagte er, „und versuchen zu verstehen, wie sich verzogene oder gekippte Platten auf die Planetenbildungsumgebung auswirken und wie sich dies auswirkt könnte die Population von Planeten beeinflussen, die sich innerhalb dieser Scheiben bilden. “

“Diese Forschung ist ein großartiges Beispiel dafür, wie neue Entdeckungen auf früheren Beobachtungen aufbauen”, sagte Joe Pesce, Programmverantwortlicher der National Science Foundation für NRAO und ALMA. “Das Erkennen von Trends in der Bandscheibenpopulation wurde nur ermöglicht, indem auf der Grundlage von Archivbeobachtungsprogrammen aufgebaut wurde, die von der ALMA-Community in früheren Zyklen durchgeführt wurden.”

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.