За допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimetre/submillimeter Array, ALMA), яку Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO) використовує на умовах партнерства, астрономи вперше виявили пиловий диск навколо екзопланети, тобто планети за межами Сонячної системи. Спостереження проливають нове світло на те, як у молодих зоряних системах формуються планети та їхні супутники.
«Результат нашої роботи — чітке виявлення диска, в якому можуть формуватися супутники планети», — сказала Міріам Беністі (Myriam Benisty), дослідниця з Гренобльського університету (Франція) та Чилійського університету, яка очолювала нове дослідження. Його результати оприлюднив The Astrophysical Journal Letters. «Наші спостереження на ALMA були виконані з такою дивовижною роздільною здатністю, що ми вперше змогли чітко виявити пов’язаний з планетою диск і оцінити його розміри», — додала вона.
Диск, про який йдеться і який називається навколопланетним диском, оточує екзопланету PDS 70c, одну з двох великих, схожих на Юпітер, планет, що обертаються навколо зорі віддаленої від Землі на 400 світлових років. Астрономи раніше знаходили натяки на диск з пилу, з якого може сформуватися супутник, навколо цієї екзопланети. Але, оскільки вони не могли чітко відрізнити диск від навколишнього середовища, підтвердити його виявлення дотепер не вдавалося.
На цьому знімку, зробленому за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimetre/submillimeter Array, ALMA), яку Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO) використовує на умовах партнерства, видно панорамний (ліворуч) та крупний (праворуч) вигляд пилового диска, що оточує PDS 70c — молоду екзопланету типу Юпітера, що лежить на відстані майже 400 світлових років від Землі. На зображенні крупним планом видно в центрі PDS 70c та частину її пилового диска, що займає більшу частину правої частини зображення. Зоря PDS 70 міститься в центрі широкоформатного зображення ліворуч.
У системі знайдено дві екзопланети, PDS 70c і PDS 70b, яку на цьому зображенні не видно. Вони вирізали порожнину в навколозоряному диску, поглинаючи речовину з диска й збільшуючи завдяки цьому свої розміри. У цьому процесі PDS 70c сформувала власний навколопланетний диск, який сприяє зростанню планети і де можуть утворюватися її супутники. Діаметр цього навколопланетного диска такий же, як відстань від Землі до Сонця, і його маси достатньо для формування трьох супутників розміром з Місяць. Фото з сайту www.eso.org.
Крім того, за допомогою ALMA Беністі та її група виявили, що діаметр диска приблизно дорівнює відстані від Землі до Сонця, а його маса така, що її вистачило б для формування трьох супутників розміром з Місяць.
Отримані результати важливі не лише для з’ясування того, як виникають супутники. «Ці нові спостереження також дуже важливі для перевірки теорії формування планет, чого досі не можна було зробити», — сказав Джеган Бе (Jaehan Bae), дослідник з Лабораторії Землі та планет Інституту Карнегі (США), один з учасників дослідження.
На цій мапі показано південне сузір’я Кентавра і позначено більшість зір, видимих неозброєним оком у ясну темну ніч. Карликова зоря PDS 70 позначена червоним кружком. Фото з сайту www.eso.org.
Планети формуються в пилових дисках навколо молодих зір, прорізаючи у ньому порожнини внаслідок поглинання речовини з цього навколозоряного диска для власного зростання. В цьому процесі планета може утворити власний навколопланетний диск, який сприяє зростанню планети, регулюючи кількість речовини, що потрапляє на неї. Водночас газ і пил навколопланетного диска через багаторазові зіткнення можуть концентруватися у все більші тіла, що зрештою приведе до утворення супутників планети.
Але астрономи ще не до кінця розуміють деталі цих процесів. «Коротше кажучи, досі незрозуміло, коли, де і як утворюються планети та супутники», — зауважив науковий співробітник ESO Стефано Факчіні (Stefano Facchini), який також брав участь в дослідженні.
«Дотепер знайдено понад 4000 екзопланет, але всі вони були виявлені в зрілих планетних системах. PDS 70b і PDS 70c, які утворюють систему, що нагадує пару Юпітер — Сатурн, — це поки єдині відомі тепер екзопланети, які все ще перебувають у процесі формування», — пояснила Міріам Кепплер (Miriam Keppler), дослідник Інституту астрономії Макса Планка в Німеччина, одна із співавторів дослідження [1].
«Тому ця система дає нам унікальну можливість спостерігати та вивчати процеси формування планет і супутників», — зазначила Факчіні.
PDS 70b і PDS 70c, дві екзопланети, що утворюють систему, вперше були виявлені за допомогою Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) ESO у 2018 та 2019 роках відповідно. З тих пір їх багато разів спостерігали за допомогою інших телескопів та приймачів [2].
Це кольорове зображення показує небо навколо слабкої помаранчевої карликової зорі PDS 70 (посередині зображення). Яскраво-блакитна зоря праворуч — χ Кентавра. Фото з сайту www.eso.org.
Останні спостереження за допомогою ALMA з високою роздільною здатністю дали змогу астрономам краще зрозуміти будову цієї системи. Окрім підтвердження виявлення навколопланетного диска навколо PDS 70c та визначення його розмірів і маси, встановлено, що довкола PDS 70b такого диска немає. Це може вказувати на те, що PDS 70c перетягла увесь пил з навколишнього середовища на себе.
Ще глибше розуміння будови цієї планетної системи буде досягнуто за допомогою Надзвичайно великого телескопа (Extremely Large Telescope, ELT) ESO, який зараз будують на горі Серро Армазонес (Cerro Armazones) в чилійській пустелі Атакама. «ELT буде визначальним для цього дослідження, бо з його набагато вищою роздільною здатністю ми зможемо докладно дослідити будову цієї планетної системи», — сказав співавтор дослідження Річард Тіґ (Richard Teague), дослідник Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики в США. Зокрема, використовуючи камеру зображень та спектрограф середнього інфрачервоного діапазону (Mid-infraredELTImagerandSpectrograph, METIS, науковці отримають змогу вивчати рух газу навколо PDS 70c, щоб отримати повне 3D зображення системи.
Примітки
[1] Незважаючи на схожість з парою Юпітер — Сатурн, зауважте, що диск навколо PDS 70c приблизно в 500 разів більший за кільця Сатурна.
[2] Екзопланету PDS 70b виявлено за допомогою приймача Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE), тоді як PDS 70c було знайдено за допомогою Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE). Систему з двох екзопланет також досліджували за допомогою спектрографа X-shooter. Всі ці інструменти встановлено на VLT ESO.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
