Вперше виявлено планету, що зростає у темноті навколо молодої зорі

Астрономи вперше отримали зображення екзопланети, що зростає у прогалині багатокільцевого диска з пилу й газу навколо молодого аналога нашого Сонця.

Про це повідомляють в Аризонському університеті та в Університеті Голуея, передають OstanniPodii.com.

Протягом багатьох років астрономи спостерігали кілька десятків дисків з газу й пилу, що утворюють планети, навколо молодих зірок. Багато з цих дисків мають прогалини в своїх кільцях, що натякає на можливість того, що вони «розорюються» новоутвореними планетами або протопланетами, ніби як смуги, що розчищаються снігоприбиральною машиною. Однак на сьогодні було виявлено лише близько трьох молодих протопланет, що знаходяться в порожнинах між материнською зорею та внутрішнім краєм протопланетного диска. До цього відкриття в помітних прогалинах диска, які виглядають як темні кільця, не було виявлено жодної протопланети.

«Було написано десятки теоретичних статей про те, що ці спостережувані прогалини в дисках спричинені протопланетами, але до сьогодні ніхто не знайшов остаточного підтвердження», — сказав Клоуз, професор астрономії в Аризонському університеті. Він називає це відкриття «важливою подією», оскільки відсутність планет у місцях, де вони повинні бути, спонукала багатьох представників наукової спільноти шукати альтернативні пояснення для структури кілець і прогалин, що спостерігається в багатьох протопланетних дисках.

«Насправді, наявність цих дуже темних прогалин, але неможливість виявити в них тьмяні екзопланети, була предметом напружених дискусій у літературі та в астрономії загалом», — сказав він. «Багато хто сумнівався, що протопланети можуть утворювати ці прогалини, але тепер ми знаємо, що насправді вони можуть».

4,5 мільярди років тому наша Сонячна система почала своє існування саме як такий диск. Коли пил злипався в грудки, всмоктуючи газ навколо себе, почали формуватися перші протопланети. Однак, як саме відбувався цей процес, досі залишається загадкою. Щоб знайти відповіді, астрономи звернули увагу на інші планетні системи, які ще перебувають у зародковому стані, відомі як диски, що формують планети, або протопланетні диски.

Команда скористалася однією з найпотужніших у світі системою адаптивної оптики MagAO-X, що розшифровується як «Екстремальна адаптивна оптична система Магеллана». Вона значно покращує чіткість і роздільну здатність зображень телескопа, компенсуючи атмосферну турбулентність — явище, яке спричиняє мерехтіння й розмиття зірок та яке так бояться астрономи.

Підозрюючи, що в проміжках протопланетних дисків можуть ховатися невидимі планети, команда обстежила всі диски з проміжками й дослідила їх на наявність специфічного випромінювання видимого світла, відомого як водень-альфа або H-альфа.

«Коли планети формуються та зростають, вони всмоктують водневий газ із навколишнього середовища, і коли цей газ падає на них, як гігантський водоспад з космосу, і вдаряється об поверхню, він створює надзвичайно гарячу плазму, яка, своєю чергою, випромінює цей особливий сигнал H-альфа», — пояснює Клоуз. «MagAO-X спеціально розроблений для пошуку водневого газу, що падає на молоді протопланети, і саме так ми можемо їх виявити».

Команда використовувала 6,5-метровий Телескоп Магеллана та MagAO-X для дослідження WISPIT-2, диска, який недавно був відкритий за допомогою Дуже великого телескопа (VLT). Спостерігаючи в світлі H-альфа, група Клоуза знайшла золоту жилу. У проміжку між двома кільцями протопланетного диска навколо зорі з′явилася світла точка. Крім того, команда спостерігала другу потенційну планету всередині «порожнини» між зорею та внутрішнім краєм диска з пилу й газу.

«Як тільки ми увімкнули систему адаптивної оптики, планета відразу ж впала нам в око», — сказав Клоуз, який назвав це одним з найважливіших відкриттів у своїй кар′єрі. «Після об′єднання зображень, зроблених протягом двох годин, вона просто виринула».

За його словами, планета, названа WISPIT 2b, є дуже рідкісним прикладом протопланети, яка знаходиться в процесі накопичення матерії. Її материнська зоря, WISPIT 2, схожа на Сонце та має приблизно таку ж масу. Внутрішня планета-кандидат, названа CC1, має масу приблизно в дев′ять разів більшу за масу Юпітера, тоді як зовнішня планета, WISPIT 2b, важить приблизно в п′ять разів більше за масу Юпітера. Ці маси були частково виведені з теплового інфрачервоного світла, спостереженого 8,4-метровим Великим бінокулярним телескопом на горі Грем у південно-східній Аризоні.

Система WISPIT 2, як її бачать Телескоп Магеллана в Чилі та Великий бінокулярний телескоп в Аризоні. Протопланета WISPIT 2b виглядає як фіолетова крапка в безпиловій прогалині між яскравим білим пиловим кільцем навколо зорі та тьмянішим зовнішнім кільцем, що обертається на відстані, яка приблизно в 56 разів перевищує середню відстань між Землею та Сонцем. Інша потенційна планета, CC1, виглядає як червоний об′єкт всередині порожнини без пилу та, за оцінками, знаходиться на відстані приблизно 15 відстаней від Землі до Сонця від своєї материнської зорі. Credit: Laird Close, University of Arizona

«Це трохи схоже на те, як виглядали б наші Юпітер і Сатурн, коли вони були у 5000 разів молодшими, ніж зараз», — каже аспірант-астроном Аризонського університету Габріель Вайбл. «Планети в системі WISPIT-2, як вбачається, приблизно у 10 разів масивніші за наші газові гіганти та більш розкидані. Але загальний вигляд, ймовірно, не настільки відрізняється від того, що міг побачити «інопланетний астроном» на «дитячій фотографії» нашої Сонячної системи, зробленій 4,5 мільярда років тому».

«Наша система адаптивної оптики MagAO-X оптимізована як жодна інша для роботи на довжині хвилі H-альфа, тому ви можете відокремити яскраве світло зірок від слабкого світла протопланет», — сказав Клоуз. «Навколо WISPIT 2, ймовірно, є дві планети, чотири кільця та чотири прогалини. Це дивовижна система».

CC1 може обертатися на відстані близько 14-15 астрономічних одиниць — одна астрономічна одиниця дорівнює середній відстані між Сонцем і Землею, що, за словами Клоуза, розміщувало б її на півдорозі між Сатурном та Ураном, якби вона була частиною нашої Сонячної системи. WISPIT-2b, планета, що утворює прогалину, знаходиться далі, приблизно на відстані 56 а.о., що в нашій Сонячній системі розмістило б її далеко за орбітою Нептуна, біля зовнішнього краю поясу Койпера.

У другій роботі, опублікованій паралельно та під керівництвом ван Капелвеєн з Лейденського університету разом з науковцями Університету Голуея, детально описано виявлення планети в інфрачервоному спектрі світла та відкриття багатокільцевої системи за допомогою 8-метрового телескопа VLT з адаптивною оптичною системою SPHERE.

Зображення пилового диска навколо молодої зорі. Серед численних концентричних кілець ми бачимо маленьку світлу точку (обведену білим колом). Ці спостереження були зроблені за допомогою Дуже великого телескопа в ближньому інфрачервоному світлі. Credit: C. Ginski/R. van Capelleveen et al.

«Щоб побачити планети в короткий період їхньої молодості, астрономи повинні знайти молоді дискові системи, які є рідкісними, — каже ван Капелвеєн, — тому що саме в цей період вони дійсно яскравіші й тому їх можна виявити. Якби система WISPIT-2 була віком нашої Сонячної системи й ми використовували б ту саму технологію для її спостереження, ми б нічого не побачили. Все було б занадто холодним і занадто темним».

Дві роботи опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters:

• відкриття планети WISPIT 2b, що знаходиться у стадії формування, за допомогою інфрачервоного світла, використовуючи VLT Європейської південної обсерваторії в рамках дослідницького проєкту під керівництвом Лейденського університету та Університету Голуея https://doi.org/10.3847/2041-8213/adf721;
• виявлення WISPIT 2b у видимому світлі під керівництвом Аризонського університету https://doi.org/10.3847/2041-8213/adf7a5.

.

• Екзопланети