Согласно современным оценкам, в одной только Галактике Млечный путь может быть до 100 миллиардов планет. К сожалению, поиск доказательств этих планет - тяжелая, трудоемкая работа. По большей части астрономы вынуждены полагаться на косвенные методы, которые измеряют провалы в яркости звезды (метод транзита) при доплеровских измерениях собственного движения звезды (метод радиальной скорости).
Прямое изображение очень сложно из-за эффекта подавления звезд, где их яркость затрудняет обнаружение планет, вращающихся вокруг них. К счастью, новое исследование, проведенное Центром инфракрасной обработки и анализа (IPAC) в Калифорнийском технологическом институте, определило, что может быть кратчайший путь к поиску экзопланет с использованием прямой визуализации. Решение, утверждают они, состоит в том, чтобы искать системы с околозвездным диском-обломком, поскольку у них наверняка есть хотя бы одна гигантская планета.
Недавно было опубликовано исследование под названием «Прямая съемка с обнаруженных Спитцером осколков: появление планет-гигантов в пыльных системах». Астрономический журнал. Тиффани Мешкат, научный сотрудник IPAC / Caltech, была ведущим автором исследования, которое она провела, работая в Лаборатории реактивного движения НАСА в качестве постдокторского исследователя.
Ради этого исследования доктор Мешкат и ее коллеги изучили данные о 130 различных однозвездных системах с дисками для мусора, которые затем сравнили с 277 звездами, которые, по-видимому, не являются дисками-носителями. Все эти звезды были обнаружены космическим телескопом НАСА Спитцером, и все они были относительно молоды (менее 1 миллиарда лет). Из этих 130 систем 100 ранее были изучены с целью поиска экзопланет.
Затем д-р Мешкат и ее команда проверили оставшиеся 30 систем, используя данные W.M. Обсерватория Кека на Гавайях и Очень большой телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили. Хотя они не обнаружили новых планет в этих системах, их исследования помогли охарактеризовать изобилие планет в системах с дисками.
Они обнаружили, что молодые звезды с дисковыми обломками с большей вероятностью имеют гигантские экзопланеты с широкими орбитами, чем те, которые не имеют. Эти планеты также, вероятно, имели в пять раз большую массу Юпитера, что делало их «супер-юпитерами». Как объяснил доктор Мешкат в недавнем пресс-релизе НАСА, это исследование будет полезным, когда охотникам за экзопланетами предстоит выбрать свои цели:
«Наше исследование важно для того, как будущие миссии планируют, какие звезды наблюдать. Многие планеты, которые были обнаружены с помощью прямой визуализации, находились в системах с дисками для мусора, и теперь мы знаем, что пыль может быть индикатором неоткрытых миров ».
Это исследование, которое было крупнейшим исследованием звезд с пылевыми дисками для мусора, также предоставило наилучшие на сегодняшний день доказательства того, что планеты-гиганты несут ответственность за контроль над дисками из мусора. Хотя исследования не позволили напрямую выяснить, почему присутствие планеты-гиганта может привести к образованию дисков-осколков, авторы указывают, что их результаты согласуются с предсказаниями о том, что диски-обломки являются продуктами планет-гигантов, которые возбуждаются и вызывают столкновения пыли.
Другими словами, они полагают, что гравитация планеты-гиганта вызовет столкновение планезималей, что не позволит им сформировать дополнительные планеты. Как объяснил соавтор исследования Дмитрий Мавет, который также является старшим научным сотрудником JPL:
«Возможно, мы не найдем малых планет в этих системах, потому что вначале эти массивные тела разрушили строительные блоки каменистых планет, посылая их врезаться друг в друга на высоких скоростях вместо нежного объединения.
Внутри Солнечной системы гигантские планеты создают своего рода обломки. Например, между Марсом и Юпитером у вас есть Главный пояс астероидов, а за Нептуном лежит пояс Койпера. Многие из систем, рассмотренных в этом исследовании, также имеют два пояса, хотя они значительно моложе собственных поясов Солнечной системы - примерно 1 млрд. Лет по сравнению с 4,5 млрд. Лет.
Одной из систем, исследованных в исследовании, была Beta Pictoris, система, которая имеет диск для мусора, кометы и одну подтвержденную экзопланету. Эта планета, обозначенная как Beta Pictoris b, имеет 7 масс Юпитера и вращается вокруг звезды на расстоянии 9 а.е., т.е. в девять раз больше расстояния между Землей и Солнцем. Эта система была непосредственно отображена астрономами в прошлом с помощью наземных телескопов.
Интересно, что астрономы предсказывали существование этой экзопланеты задолго до того, как она была подтверждена, основываясь на наличии и структуре диска для мусора в системе. Другой системой, которая была исследована, была HR8799, система с диском для мусора, имеющая два видных пылевых пояса. В таких системах присутствие более гигантских планет определяется исходя из необходимости поддержания этих пылевых поясов.
Считается, что это относится к нашей собственной Солнечной системе, где 4 миллиарда лет назад планеты-гиганты отклоняли проходящие кометы к Солнцу. Это привело к поздней тяжелой бомбардировке, когда внутренние планеты подвергались бесчисленным ударам, которые все еще видны сегодня. Ученые также считают, что именно в этот период миграции Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна отклоняли пыль и небольшие тела, образуя пояс Койпера и пояс астероидов.
Доктор Мешкат и ее команда также отметили, что системы, которые они исследовали, содержали гораздо больше пыли, чем наша Солнечная система, что может быть связано с их различиями в возрасте. В случае систем, которым около 1 миллиарда лет, увеличение присутствия пыли может быть результатом небольших тел, которые еще не образовали столкновение больших тел. Исходя из этого, можно сделать вывод, что наша Солнечная система когда-то была намного более грязной.
Тем не менее, авторы также отмечают, что системы, которые они наблюдали - у которых есть одна гигантская планета и диск космического мусора - могут содержать больше планет, которые просто еще не были обнаружены. В конце концов, они признают, что требуется больше данных, прежде чем эти результаты можно будет считать окончательными. Но в то же время, это исследование могло бы служить руководством к тому, где можно найти экзопланеты.
Как сказал Карл Стапельфельдт, главный научный сотрудник отдела программы исследования экзопланет НАСА и соавтор исследования:
«Показывая астрономам, где будущие миссии, такие как космический телескоп Джеймса Вебба НАСА, имеют наилучшие шансы найти гигантские экзопланеты, это исследование прокладывает путь к будущим открытиям».
Кроме того, это исследование может помочь нам понять, как Солнечная система развивалась в течение миллиардов лет. В течение некоторого времени астрономы обсуждали, мигрировали ли планеты, подобные Юпитеру, на их нынешние позиции, и как это повлияло на эволюцию Солнечной системы. И продолжаются споры о том, как сформировался Главный Пояс (то есть пустой).
И последнее, но не менее важное: оно могло бы послужить основой для будущих исследований, позволяя астрономам знать, какие звездные системы развиваются в том же направлении, что и наши собственные, миллиарды лет назад. Везде, где у звездных систем есть диски для мусора, они предполагают присутствие особенно массивного газового гиганта. И там, где у них есть диск с двумя выдающимися пылевыми поясами, они могут сделать вывод, что он тоже станет системой, содержащей много планет и два пояса.
