Bild wikipedia Beta Pictoris b
Det unga och utvecklande planetsystemet vid den 23 miljoner år gamla stjärnan Beta Pictoris (Beta Pic) anses finnas i en circumstellär dammskiva där minst tre stora gasplaneter finns. 2008 upptäcktes Beta Pic b den mest massiva av dessa gasplaneter med en massa av cirka 11 Jupiter-massor. Den kretsar runt sin sol Beta Pictoris i vid bana och som tar cirka 23 år per varv.
Astronomer från Max Planck-institutet (MPIA) i Heidelberg, Tyskland, Observatoire de la Côte d'Azur (OCA), Nice, Frankrike med flera observerade Beta Pic b för att försöka förstå planetens ursprung och potentiellt atmosfäriska variationer med det nyligen uppgraderade GRAVITY+-instrumentet. Instrumentet är monterat på Very Large Telescope Interferometer (VLTI) och drivs av European Southern Observatory (ESO) i Chile. MPIA doktorand Antonia von Stauffenberg är huvudförfattare till studien som beskriver arbetet som publicerades som brev i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
Teamet tillämpade en metod som föreslogs för några år sedan som innebär att identifiera en planets tillkomstplats inuti en planetbildande skiva. Genom att mäta den relativa mängdkvoten mellan två olika versioner av kol (C) som är låst inne i kolmonoxidgas (CO) i Beta Pic b:s atmosfär bör det vara möjligt att dra slutsatser om planeten bildades utanför eller inuti ett område av dammskivan där kolmonoxid fanns som is. Med tanke på bestrålningen från solen som värmer skivan i dess centrum skulle detta direkt översättas till avståndet till dess sol från där planeten bildades. Den radie där temperaturen är tillräckligt låg för att omvandla gas till is kallas vanligtvis snölinjen.
Den tekniska termen för de olika formerna av ett grundämne såsom kol, är isotop. Isotoper uppvisar samma antal positivt laddade protoner i atomkärnan, men skiljer sig åt i antalet neutrala neutroner, som i de två kolisotoperna 12C och 13C. Som en följd har de något olika massor men uppvisar liknande kemiska egenskaper. I rymden hittas kol ofta i samband med syre och bildas till 12CO och 13CO-molekyler.
I ett tidigare försök att bedöma den diagnostiska kvoten mellan 12CO och de något tyngre 13CO använde MPIA-forskaren Matthieu Ravet det ursprungliga GRAVITY-instrumentet före dess uppgradering, vilket då gav en relativt låg kvot. Författarna till studien beskriver att de misstänkte att GRAVITY kan ha varit otillräcklig för att korrekt lösa nyckelsignalerna i denna datamängd och rekommenderade försiktighet vid tolkning av resultaten. Enligt resonemanget i det ovan nämnda scenariot, tyder detta påtryckande på att Beta Pic b kan ha vuxit till i den yttre skivan bortom snölinjen genom att samla CO-is snarare än CO-gas.
Men vid ett avstånd på cirka 10 au (astronomisk enhet = medelavståndet mellan solen och jorden; 1 au = 149,6 miljoner km) från värdstjärnan, cirklar Beta Pic b för närvarande tydligt mellan stjärnan och snölinjen, där CO borde ha funnits främst som gas. Om resultatet är korrekt skulle detta fynd indikera att Beta Pic b kan ha migrerat genom skivan.
Med hjälp av GRAVITY+ härledde von Stauffenberg och hennes medarbetare genom uppgraderingen av GRAVITY-instrumentet mer exakt 12CO/13CO-skillnadskvoten i atmosfären på Beta Pic b, vilket blevbetydligt högre än det tidigare uppmätta värdet. Medan 12CO detekteras tydligt och dess innehåll var enkelt att fastställa medan mätbart 13CO kräver en mer sofistikerad metod. Intressant nog är kvoten förenlig med värdet som rapporterades i följeslagarartikeln av González Picos et al. (2026), som använde ett annat instrument. Detta visar den förbättrade datakvalitet som GRAVITY+ levererar jämfört med sin ursprungliga design. Det tidigare GRAVITY-resultatet påverkades tydligt av systematiska osäkerheter.
Dessutom fann astronomerna subtila ledtrådar om att de observerade nivåerna av flöde från planeten varierar över tid. Trots sin låga betydelse verkar de dominerande variationerna vara kopplade till planetens rotationsperiod på cirka 8,7 timmar. Om det stämmer kan detta antyda moln eller kemiska processer i Beta Pic b:s atmosfär. Dock krävs mer känsliga observationer för att bekräfta resultatet.
Antonia von Stauffenberg beskriver: "Förmågan att noggrant begränsa både isotopologer (molekyler med samma kemiska formel och bindningsstruktur, men som skiljer sig åt genom att minst en av atomerna har ett annat antal neutroner) och potentiell rotationsvariabilitet med markbaserade observationer av en konstaterad planet som Beta Pictoris b visar den exceptionell datakvalitet som uppnåtts med det uppdaterade GRAVITY+-instrumentet."
I det föreslagna förslaget att återta en gasjättes tillblivekseplats är det nya, mer precisa 12CO/13CO:s abundanskvot förskjuter tydligt Beta Pic b till det varmare, inre området av den plats av skivan där planeten bildades, vilket stämmer överens med planetens nuvarande position. Dessutom stämmer förhållandet i stort sett överens med värden som ofta finns i solsystemet och det interstellära mediet (ISM), som genomsyrar rummet mellan stjärnorna i Vintergatan.
12CO/13CO-kvoten är för närvarande inte tillräckligt avgörande för att säga något specifikt säkert om alla enskilda planetbildande miljöer.
Det är mycket sannolikt att astronomer missar någon avgörande fysik som styr CO-isens kemi i planetbildande skivor. Således gäller 12CO/13CO-kvoten kanske inte så mycket om skillnaderna mellan de mildare gasmiljöerna och den kalla CO-isfyllda miljön.
