Хоча за останні роки астрономи відкрили тисячі екзопланет, насправді є лише три методи їх пошуку. Перший полягає в спостереженні зорі, яка трохи тьмяніє, коли планета проходить перед нею (метод транзиту). Другий метод, виміряти зміщення зорі на небесній сфері, коли планета, що обертається навколо неї, діє на зорю своєю гравітацією (метод Доплера). Третій — спостерігати (бачити) екзопланету прямо. Тепер нове дослідження, результати якого оприлюднив Astrophysical Journal Letters, пропонує четвертий метод.
Кожен із методів, які нині використовують астрономи, має свої недоліки. Метод транзиту працює лише тоді, коли орбіта екзопланети збігається з нашим променем зору на її материнську зорю, методом Доплера виявляють масивні планети, що обертаються поблизу зір невеликої маси, а пряме спостереження найкраще підходить для великих планет, які містяться далеко від своєї зорі. Але всі ці методи працюють лише для планет, що обертаються навколо зір середнього віку. Це зорі, які давно очистили простір навколо себе від пилу і каміння протопланетного диску. Тож хоча астрономи багато дізналися про типи планетних систем, які існують, вони мало з’ясували, як формуються молоді зоряні системи.
Зображення протопланетного диска зорі HL Tau, отримане за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA). Авторські права на зображення: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Фото з сайту www.universetoday.com.
Завдяки радіообсерваторіям, таким як ALMA, астрономи отримали змогу спостерігати протопланетні диски навколо дуже молодих зір. Ці диски випромінюють слабкі радіохвилі, які ALMA особливо ефективно реєструє. Одна особливість, яку науковці помітили в багатьох із цих дисків, полягає в тому, що всередині них є прогалини або смуги. Астрономи вважають, що їх появу спричинили молоді планети, які розчистили шлях у диску з пилу та каменів, коли вони нарощують масу і еволюціонують. Однак таке пояснення дискусійне. Є й інші можливі процеси, такі як турбулентність або гравітаційні резонанси всередині диска, які спричиняють утворення щілин. Проблема полягає в тому, що хоча астрономи мають змогу вивчати структуру прогалин, телескопи на зразок ALMA не можуть побачити планету, що обертається всередині прогалини. Навіть така велика планета, як Юпітер, занадто мала, щоб її можна було чітко виявити прямо.
Отже, це нове дослідження мало інший підхід. Замість того, щоб намагатися прямо виявити екзопланету в диску, чому б не пошукати серед речовини диску ознаки того, що там є планета? І вони знайшли спосіб, який працює. Можна навіть назвати це їхнім троянським конем.
Орбіта Юпітера та його троянці. Авторські права: Астрономічний інститут Чеської академії наук (Astronomical Institute of CAS)/Петр Шейріх (Petr Scheirich). Фото з сайту www.universetoday.com.
Юпітер є наймасивнішою планетою в Сонячній системі, і з часом він вплинув на орбіти менших тіл, таких як астероїди. Один із очевидних впливів на пояс астероїдів — він спричинив появу в ньому резонансних прогалин, відомих як щілини Кірквуда. Інший — це сімейства астероїдів, які він зібрав на своїй орбіті (їх називають троянцями).
Троянські астероїди — це невеликі тіла, які випадково потрапили в точки Лагранжа Юпітера. Це ділянки на орбіті Юпітера приблизно на шістдесят градусів попереду та позаду самої планети. Завдяки гравітаційній взаємодії Юпітера і Сонця точки Лагранжа є досить глибокими гравітаційними «колодязями», тому все, що там опиняється, має тенденцію там і залишатися. Отже, коли Юпітер рухається навколо Сонця, попереду та позаду нього «марширує» скупчення троянців.
У новому дослідженні наукова група зосередила увагу на молоду зорю під назвою LkCA 15 і виконала пошук схожої гравітаційної динаміки. Аналізуючи зображення зорі та її протопланетного диска з високою роздільною здатністю, науковці виявили два дуже слабкі скупчення пилу. Згустки були на одній орбіті в диску і їх розділяв кут 120 градусів. Іншими словами, згустки мають усі ознаки того, що вони містяться в межах точок Лагранжа молодої планети. Спираючись на спостережні дані, наукова група вважає, що планета має приблизно такі розміри як Нептун або Сатурн. Заважаючи на те, що вік планети, ймовірно, становить лише кілька мільйонів років, це означає — вона сформувалася досить швидко.
Протопланетний диск навколо зорі LkCa 15. Авторські права: Адам Краус (Adam Kraus) і Майкл Айрленд (Michael Ireland). Фото з сайту www.universetoday.com.
Все це малює цікаву картину планетної еволюції. Великі планети, здається, формуються на ранній стадії зоряної системи, і вони майже одразу починають впливати на її гравітаційний «танець». Наступне питання полягає в тому, чи зможуть астрономи знайти такі планети в інших молодих зоряних системах за допомогою цього методу.
Посилання: Long, Feng, et al. «ALMA Detection of Dust Trapping around Lagrangian Points in the LkCa 15 Disk». The Astrophysical Journal Letters 937.1 (2022): L1.
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
