Два незалежні колективи астрономів скористалися можливостями радіотелескопа ALMA, щоб виявити переконливі докази того, що навколо молодої зорі HD 163296 обертаються три відносно недавно сформованих планети. Застосувавши нову методику виявлення планет, астрономи зафіксували три порушення в заповненому газом диску навколо молодої зорі: найсильніший доказ того, що на орбітах навколо неї є недавно утворені планети. Їх вважають першими планетами, які виявлені з допомогою ALMA.
Радіотелескоп ALMA дозволив знайти переконливі докази того, що біля молодої зорі HD 163296 є три нещодавно сформовані планети. Використовуючи нову техніку пошуку планет, астрономи виявили три дискретних збурення в газопиловому диску молодої зорі: найсильніші докази того, що там є сформовані планети. Їх вважають першими планетами, виявленими з допомогою ALMA.
Зображення, створене на основі частин даних спостережень ALMA на одній довжині хвилі, демонструє чіткий «кінець» в речовині. Це однозначно вказує на існування однієї планети. Фото з сайту www.eso.org.
Велика міліметрова/субміліметрова антена Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) змінила наше розуміння протопланетних дисків — заповнених газом і пилом утворень, що оточують молоді зорі. Кільця та прогалини в таких дисках вказують на захопливі непрямі докази наявності протопланет [1]. Однак, ці дивовижні утворення можна також пояснити іншими явищами.
Але тепер, використавши нову методику полювання планет, яка спирається на незвичайні закономірності, що виникають у потоці газу в протопланетному диску навколо молодої зорі, дві команди астрономів незалежно підтверджують чіткі, очевидні відмінні риси нещодавно сформованих планет, які рухаються навколо цієї зорі [2].
«Вимірювання потоку газу в протопланетному диску дає нам набагато більшу впевненість в тому, що планети присутні навколо молодої зорі», — сказав Крістоф Пінте (Christophe Pinte) з Університету Монаша в Австралії та Інститут планетології і астрофізики Гренобля (Université de Grenoble-Alpes/CNRS) у Франції — перший автор однієї з двох статей. «Ця техніка пропонує перспективний новий напрям для розуміння формування планетних систем».
Кожна група науковців виконала аналіз даних спостережень HD 163296, молодої зорі, що лежить на відстані майже 330 світлових років від Землі в сузір’ї Стрільця [3], виконаних з допомогою ALMA. Маса цієї зорі приблизно вдвічі перевищує масу Сонця, але її вік становить чотири мільйони років — усього лише тисячну частку віку Сонця.
Наша Сонячна система сформувалася з величезної хмари газу та пилу. З її більшої частини утворилося Сонце, а з рештки речовини диску, що обертався навколо нього, згодом виникли планети, які ми знаємо тепер.
Астрономи можуть спостерігати схожі процеси, що відбуваються навколо інших зір у космосі. Цей чудовий знімок показує диск із залишкової речовини, який обертається навколо молодої зорі HD 163296. Використавши Велику міліметрову/субміліметрову антену Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) в Чилі, астрономи змогли виявити певні особливості в диску, зокрема концентричні кільця матеріалу, що оточує центральну зорю. Науковці також змогли використати ALMA для високоякісних вимірювань компонентів газу та пилу диска. З допомогою отриманих даних вони визначили головні особливості історії формування цієї молодої зоряної системи.
Три прогалини між кільцями, ймовірно, пов’язані з вичерпуванням пилу. В середній та зовнішній прогалинах астрономи також виявили нижчий рівень газу. Зменшення кількості як пилу, так і газу вказує на існування новоутворених планет, маса кожної з яких відповідає масі Сатурна. Ці сформовані планети вирізають прогалини на своїх орбітах. Фото з сайту www.eso.org.
«Ми подивилися на локалізований, маломасштабний рух газу в протопланетному диску зорі. Цей абсолютно новий підхід дозволив виявити деякі наймолодші планети в нашій галактиці завдяки зображенням з високою роздільною здатністю від ALMA», — сказав астроном з Мічиганського університету Річард Тіґ (Richard Teague) — перший автор другої статті.
Замість того, щоб уважно вивчати пил всередині диска, який чітко зафіксували під час попередніх спостережень з ALMA, астрономи досліджували газ — окис вуглецю (СО), що поширений по всьому диску. Молекули СО дають характерне випромінювання на міліметрових довжинах хвиль, яке ALMA може спостерігати дуже докладно. Малі зміни довжини хвилі цього «світла», спричинені ефектом Доплера, відображають рухи газу в диску.
Група, яку очолив Тіґ, вирізнила дві планети, розташовані приблизно на відстані 12 мільярдів та 21 мільярдів кілометрів від зорі. Команда під керівництвом Пінте виявила планету на відстані приблизно 39 мільярдів кілометрів від зорі [4].
Дві команди науковців застосували до виявлених варіацій методику, яка дозволяє виявляти аномалії у потоці газу, — зміщення довжин хвиль емісії СО свідчить про взаємодію газу з масивним об’єктом [5].
Метод, який використовував Тіґ з колегами, отримавши малі (до кількох відсотків) усереднені варіації потоку газу, дозволив виявити вплив кількох планет на рухи газу ближче до зорі. Техніка, використана Пінте, що дозволяє прямо виміряти потік газу, краще підходить для вивчення зовнішньої частини диска. Це дозволило науковцям з вищою точністю визначити третю планету, обмежившись більшими (у понад 10%) відхиленнями потоку.
В обох випадках дослідники визначили ділянки, де потік газу не збігався з його оточенням, а був схожий на вир навколо скелі в річці. Ретельно аналізуючи цей рух, науковці чітко бачили вплив планетних тіл. Їх маса співмірна з масою Юпітера.
Ця нова техніка дозволяє астрономам більш точно оцінювати протопланетні маси і з меншою імовірністю створювати хибну реальність. «Тепер ми виведемо ALMA на передній край і поставимо в центр у галузі виявлення планет», — сказав співавтор Тед Берґін (Ted Bergin) з Мічиганського університету.
Обидві команди продовжать вдосконалювати цей метод і застосують його до інших дисків. Науковці сподіваються краще зрозуміти, як утворюються атмосфери планет та які елементи і молекули отримує планета з моменту її народження.
Примітки
[1] Незважаючи на те, що протягом останніх двох десятиліть виявлено тисячі екзопланет, відкриття протопланет — це передній край науки. Досі таких об’єктів однозначно не було виявлено. Методи, які нині використовують для пошуку екзопланет у повністю сформованих планетних системах, такі як вимірювання коливання руху зорі чи падіння потоку світла, спричинене транзитом планети по диску зорі, не дозволяють знаходити протопланети.
[2] Рух газу навколо зорі за відсутності планет має дуже просту та передбачувану картину (кеплерівське обертання). Її практично неможливо змінити як зовнішнім впливом, так і локально. Тому тільки наявність відносно масивного об’єкта може створити такі порушення.
[3] Приголомшливі зображення HD 163296 та інших подібних систем, отримані з допомогою ALMA, виявили цікаві структури концентричних кілець та прогалин у протопланетних дисках. Ці прогалини можуть бути доказом того, що протопланети очищають від пилу і газу свої орбіти, увібравши якусь частину цієї речовини у власні атмосфери. Попереднє дослідження цього конкретного зоряного диска показує, що прогалини в ньому частково перекриваються, що дозволяє зробити припущення: там утворилися щонайменше дві планети.
Однак ці перші спостереження лише надавали непрямі докази і не могли бути використані для точної оцінки мас планет.
[4] Це відповідає відстаням, що у 80, 140 і 260 разів більші, ніж відстань від Землі до Сонця.
[5] Ця техніка схожа на ту, що уможливила відкриття планети Нептун в дев’ятнадцятому столітті. Тоді аномалії в русі планети Уран пов’язували з гравітаційним впливом невідомого тіла, яке виявили візуально в 1846 році — це була восьма планета Сонячної системи.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
