Många protoplanetära skivor där nya planeter bildas är mycket mindre än man trott. Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har forskare vid Leiden-observatoriet i Nederländerna undersökt 73 protoplanetära skivor i Lupus-regionen. De fann att många unga stjärnor är värdar för blygsamma skivor av gas och damm, vissa så små som 1,2 astronomiska enheter. Forskningen, som har godkänts för publicering i Astronomy & Astrophysics, etablerar en viktig länk mellan observerade protoplanetära skivor och exoplaneter.
Under det senaste decenniet har astronomer avbildat hundratals protoplanetära sk ivor runt unga stjärnor med hjälp av kraftfulla radioteleskop på jorden, som ALMA. Jämfört med storleken på vårt eget solsystem sträcker sig många av dessa skivor långt bortom omloppsbanan för Neptunus, vår yttersta planet. Dessutom uppvisar de flesta av skivorna luckor där jätteplaneter tros ha bildats. Forskning av doktorand Osmar M. Guerra-Alvarado, postdoktor Mariana B. Sanchez och biträdande professor Nienke van der Marel vid Leiden Observatory visar nu att dessa skivor kanske inte är typiska.
Med hjälp av ALMA har forskarna avbildat alla kända protoplanetära skivor runt unga stjärnor i Lupus, en stjärnbildande region som ligger cirka 400 ljusår från jorden i den södra konstellationen Lupus. Undersökningen visar att två tredjedelar av de 73 skivorna är små, med en genomsnittlig radie på sex astronomiska enheter. Detta motsvarar ungefär Jupiters omloppsbana. Den minsta skivan som hittades hade en radie på endast 0,6 astronomiska enheter, vilket är mindre än jordens omloppsbana.
”De här resultaten förändrar helt vår syn på hur en ’typisk’ protoplanetär skiva ser ut”, säger Guerra-Alvarado. ”Det är bara de ljusstarkaste skivorna, som är lättast att observera, som uppvisar storskaliga luckor, medan kompakta skivor utan sådana substrukturer faktiskt är mycket vanligare.”
Optimala förhållanden för superjordar
De små diskarna hittades främst runt stjärnor med låg massa, med en massa på mellan 10 och 50% av vår sols massa. Detta är den vanligaste typen av stjärna i universum.
”Observationerna visar också att dessa kompakta skivor kan ha optimala förhållanden för bildandet av så kallade superjordar, eftersom det mesta av dammet finns nära stjärnan, där superjordar vanligtvis finns”, säger Sanchez. Hon är postdoktor vid Leiden Observatory och har bidragit till denna forskning. Superjordar är steniga planeter som liknar jorden, men med massor som är upp till tio gånger större än vår planets. Detta kan också förklara varför superjordar ofta hittas runt stjärnor med låg massa.
Vidare tyder forskningen på att vårt solsystem bildades ur en stor protoplanetär skiva som producerade stora gasplaneter som Jupiter och Saturnus, men ingen superjord. Superjordar anses vara de vanligaste planettyperna i universum.
Den saknade länken
Forskningen etablerar en ”felande länk” mellan observationer av protoplanetära skivor och observationer av exoplaneter. ”Upptäckten att majoriteten av de små skivorna inte uppvisar några luckor tyder på att majoriteten av stjärnorna inte hyser några jätteplaneter”, säger Van der Marel. ”Detta stämmer överens med vad vi ser i exoplanetpopulationer runt fullvuxna stjärnor. Dessa observationer kopplar samman diskpopulationen direkt med exoplanetpopulationen.”
Tidigare högupplösta observationer med ALMA har främst fokuserat på ljusstarka skivor som ofta är mycket större. För de mindre diskarna mättes endast ljusstyrkan och inte storleken. Högupplösta observationer kan vara mer komplicerade att göra, och det var inte klart om ALMA skulle kunna avbilda de relativt ljussvaga diskarna.
För sin forskning använde forskarna ALMA-observationer, tagna 2023 och 2024, med högsta möjliga upplösning på 0,030 bågsekunder. De använde också arkivdata för att för första gången skapa en komplett högupplöst diskundersökning av en hel stjärnbildande region.
Van der Marel säger: ”Forskningen visar att vi under lång tid har haft fel om hur en typisk disk ser ut. Det är uppenbart att vi har varit partiska mot de ljusaste och största diskarna. Nu har vi äntligen fått en fullständig översikt över diskar av alla storlekar.”
Mer information om projektet: O.M. Guerra-Alvarado et al, A high-resolution survey of protoplanetary discs in Lupus and the nature of compact discs, Astronomy & Astrophysics (2025). Förhandsutskrift (pdf): www.astronomie.nl/upload/files … arado-et-al-2025.pdf