Впервые обнаружена планета, растущая в темноте вокруг молодой звезды

Астрономы впервые получили изображение экзопланеты, растущей в пробеле многокольцевого диска из пыли и газа вокруг молодого аналога нашего Солнца.

Об этом сообщают в Аризонском университете и в Университете Голуэя, передают OstanniPodii.com.

На протяжении многих лет астрономы наблюдали несколько десятков дисков из газа и пыли, образующих планеты, вокруг молодых звезд. Многие из этих дисков имеют пробелы в своих кольцах, что намекает на возможность того, что они «разрываются» новообразованными планетами или протопланетами, как полосы, расчищаемые снегоуборочной машиной. Однако на сегодняшний день было обнаружено только около трех молодых протопланет, находящихся в полостях между материнской звездой и внутренним краем протопланетного диска. До этого открытия в заметных пробелах диска, которые выглядят как темные кольца, не было обнаружено ни одной протопланеты.

«Было написано десятки теоретических статей о том, что эти наблюдаемые пробелы в дисках вызваны протопланетами, но до сегодняшнего дня никто не нашел окончательного подтверждения», — сказал Клоуз, профессор астрономии в Аризонском университете. Он называет это открытие «важным событием», поскольку отсутствие планет в местах, где они должны быть, побудило многих представителей научного сообщества искать альтернативные объяснения для структуры колец и пробелов, наблюдаемой во многих протопланетных дисках.

«На самом деле, наличие этих очень темных пробелов, но невозможность обнаружить в них тусклые экзопланеты, было предметом напряженных дискуссий в литературе и в астрономии в целом», — сказал он. «Многие сомневались, что протопланеты могут образовывать эти пробелы, но теперь мы знаем, что на самом деле они могут».

4,5 миллиарда лет назад наша Солнечная система начала свое существование именно как такой диск. Когда пыль слипалась в комки, всасывая газ вокруг себя, начали формироваться первые протопланеты. Однако, как именно происходил этот процесс, до сих пор остается загадкой. Чтобы найти ответы, астрономы обратили внимание на другие планетные системы, которые еще находятся в зародышевом состоянии, известные как диски, формирующие планеты, или протопланетные диски.

Команда воспользовалась одной из самых мощных в мире систем адаптивной оптики MagAO-X, что расшифровывается как «Экстремальная адаптивная оптическая система Магеллана». Она значительно улучшает четкость и разрешающую способность изображений телескопа, компенсируя атмосферную турбулентность — явление, которое вызывает мерцание и размытие звезд и которого так боятся астрономы.

Подозревая, что в промежутках протопланетных дисков могут скрываться невидимые планеты, команда обследовала все диски с промежутками и исследовала их на наличие специфического излучения видимого света, известного как водород-альфа или H-альфа.

«Когда планеты формируются и растут, они всасывают водородный газ из окружающей среды, и когда этот газ падает на них, как гигантский водопад из космоса, и ударяется о поверхность, он создает чрезвычайно горячую плазму, которая, в свою очередь, излучает этот особый сигнал H-альфа», — объясняет Клоуз. «MagAO-X специально разработан для поиска водородного газа, падающего на молодые протопланеты, и именно так мы можем их обнаружить».

Команда использовала 6,5-метровый Телескоп Магеллана и MagAO-X для исследования WISPIT-2, диска, который недавно был открыт с помощью Очень большого телескопа (VLT). Наблюдая в свете H-альфа, группа Клоуза нашла золотую жилу. В промежутке между двумя кольцами протопланетного диска вокруг звезды появилась светлая точка. Кроме того, команда наблюдала вторую потенциальную планету внутри «полости» между звездой и внутренним краем диска из пыли и газа.

«Как только мы включили систему адаптивной оптики, планета сразу же бросилась нам в глаза», — сказал Клоуз, назвавший это одним из важнейших открытий в своей карьере. «После объединения изображений, сделанных в течение двух часов, она просто всплыла».

По его словам, планета, названная WISPIT 2b, является очень редким примером протопланеты, которая находится в процессе накопления материи. Ее материнская звезда, WISPIT 2, похожа на Солнце и имеет примерно такую же массу. Внутренняя планета-кандидат, названная CC1, имеет массу примерно в девять раз большую, чем масса Юпитера, тогда как внешняя планета, WISPIT 2b, весит примерно в пять раз больше массы Юпитера. Эти массы были частично выведены из теплового инфракрасного света, наблюдаемого 8,4-метровым Большим бинокулярным телескопом на горе Грэм в юго-восточной Аризоне.

Система WISPIT 2, как ее видят Телескоп Магеллана в Чили и Большой бинокулярный телескоп в Аризоне. Протопланета WISPIT 2b выглядит как фиолетовая точка в беспыльной прогалине между ярким белым пылевым кольцом вокруг звезды и более тусклым внешним кольцом, вращающимся на расстоянии, которое примерно в 56 раз превышает среднее расстояние между Землей и Солнцем. Другая потенциальная планета, CC1, выглядит как красный объект внутри полости без пыли и, по оценкам, находится на расстоянии примерно 15 расстояний от Земли до Солнца от своей материнской звезды. Credit: Laird Close, University of Arizona

«Это немного похоже на то, как выглядели бы наши Юпитер и Сатурн, когда они были в 5000 раз моложе, чем сейчас», — говорит аспирант-астроном Аризонского университета Габриэль Вайбл. «Планеты в системе WISPIT-2, как представляется, примерно в 10 раз массивнее наших газовых гигантов и более разбросаны. Но общий вид, вероятно, не так уж отличается от того, что мог увидеть «инопланетный астроном» на «детской фотографии» нашей Солнечной системы, сделанной 4,5 миллиарда лет назад».

«Наша система адаптивной оптики MagAO-X оптимизирована как никакая другая для работы на длине волны H-альфа, поэтому вы можете отделить яркий свет звезд от слабого света протопланет», — сказал Клоуз. «Вокруг WISPIT 2, вероятно, есть две планеты, четыре кольца и четыре пробела. Это удивительная система».

CC1 может вращаться на расстоянии около 14-15 астрономических единиц — одна астрономическая единица равна среднему расстоянию между Солнцем и Землей, что, по словам Клоуза, размещало бы ее на полпути между Сатурном и Ураном, если бы она была частью нашей Солнечной системы. WISPIT-2b, планета, образующая пробел, находится дальше, примерно на расстоянии 56 а.е., что в нашей Солнечной системе разместило бы ее далеко за орбитой Нептуна, у внешнего края пояса Койпера.

Во второй работе, опубликованной параллельно и под руководством ван Капелвеена из Лейденского университета совместно с учеными Университета Голуэя, подробно описано обнаружение планеты в инфракрасном спектре света и открытие многокольцевой системы с помощью 8-метрового телескопа VLT с адаптивной оптической системой SPHERE.

Изображение пылевого диска вокруг молодой звезды. Среди многочисленных концентрических колец мы видим маленькую светлую точку (обведенную белым кругом). Эти наблюдения были сделаны с помощью Очень большого телескопа в ближнем инфракрасном свете. Credit: C. Ginski/R. van Capelleveen et al.

«Чтобы увидеть планеты в короткий период их молодости, астрономы должны найти молодые дисковые системы, которые являются редкими, — говорит ван Капелвеен, — потому что именно в этот период они действительно ярче и поэтому их можно обнаружить. Если бы система WISPIT-2 была возрастом нашей Солнечной системы и мы использовали бы ту же технологию для ее наблюдения, мы бы ничего не увидели. Все было бы слишком холодным и слишком темным».

Две работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters:

• открытие планеты WISPIT 2b, находящейся в стадии формирования, с помощью инфракрасного света, используя VLT Европейской южной обсерватории в рамках исследовательского проекта под руководством Лейденского университета и Университета Голуэя https://doi.org/10.3847/2041-8213/adf721;
• обнаружение WISPIT 2b в видимом свете под руководством Аризонского университета https://doi.org/10.3847/2041-8213/adf7a5.

.

• Экзопланеты