При поиске планет вне Солнца астрономы чаще всего полагаются на ряд косвенных методов. Из них метод транзита (он же транзитная фотометрия) и метод радиальной скорости (он же доплеровская спектроскопия) являются двумя наиболее эффективными и надежными (особенно при использовании в комбинации). К сожалению, прямая визуализация редка, поскольку очень трудно обнаружить слабую экзопланету среди яркого света звезды-хозяина.
Однако усовершенствования в радиоинтерферометрах и визуализации в ближней инфракрасной области позволили астрономам получать изображения протопланетных дисков и выводить орбиты экзопланет. Используя этот метод, международная команда астрономов недавно сделала снимки вновь формирующейся планетной системы. Изучив пробелы и кольцеобразные структуры этой системы, команда смогла предположить возможный размер экзопланеты.
Исследование под названием «Кольца и пробелы в диске вокруг Elias 24, обнаруженные ALMA», недавно появилось в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, Группу возглавлял Джованни Дипиерро, астрофизик из Университета Лестера, и в его состав входили члены Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA), Объединенной обсерватории ALMA, Национальной радиоастрономической обсерватории, Института астрономии им. Макса Планка, и несколько университетов и исследовательских институтов.
В прошлом кольца пыли были обнаружены во многих протопланетных системах, и их происхождение и связь с планетарным образованием являются предметом многих споров. С одной стороны, они могут быть результатом скопления пыли в определенных областях, гравитационной неустойчивости или даже изменений в оптических свойствах пыли. С другой стороны, они могут быть результатом уже сформировавшихся планет, которые заставляют пыль рассеиваться при прохождении через нее.
Как объяснил Дипьерро и его коллеги в своем исследовании:
«В альтернативном сценарии используются диски, которые динамически активны, на которых планеты уже сформировались или находятся в процессе формирования. Внедренная планета будет возбуждать волны плотности в окружающем диске, которые затем отдают свой момент импульса по мере их рассеяния. Если планета достаточно массивна, обмен угловым моментом между волнами, созданными планетой и диском, приводит к образованию одного или нескольких разрывов, морфологические особенности которых тесно связаны с местными условиями диска и свойствами планеты ».
Ради своего исследования команда использовала данные наблюдений за 2-м циклом Atacama Large Millimeter / Sub-миллиметровый массив (ALMA), которые начались еще в июне 2014 года. Таким образом, они смогли изобразить пыль вокруг Элиаса 24 с разрешением около 28 а.е. (т.е. в 28 раз больше расстояния между Землей и Солнцем). То, что они обнаружили, было свидетельством наличия пробелов и колец, которые могли быть признаком орбитальной планеты.
Исходя из этого, они построили модель системы, которая учитывала массу и местоположение этой потенциальной планеты и то, как распределение и плотность пыли будут вызывать ее развитие. Как они указывают в своем исследовании, их модель достаточно хорошо воспроизводит наблюдения пылевого кольца и предсказывает присутствие газового гиганта, подобного Юпитеру, в течение сорока четырех тысяч лет:
«Мы находим, что выброс пыли через диск согласуется с наличием встроенной планеты с массой 0,7 мкм.J на орбитальном радиусе? 60? Au… Карта поверхностной яркости нашей модели диска обеспечивает разумное совпадение с зазором и кольцеобразными структурами, наблюдаемыми в Элиасе 24, со средним расхождением? 5% от наблюдаемых потоков вокруг области зазора. »
Эти результаты подтверждают вывод о том, что разрывы и кольца, которые наблюдались в самых разнообразных молодых околозвездных дисках, указывают на наличие орбитальных планет. Как указала команда, это согласуется с другими наблюдениями протопланетных дисков и может помочь пролить свет на процесс формирования планет.
«В результате недавних наблюдений протопланетных дисков с высоким разрешением и высокой чувствительностью прослеживается картина того, что зазоры и кольцеобразные элементы преобладают в широком диапазоне дисков различной массы и возраста», - заключают они. «Новые ALMA-изображения с высоким разрешением и высокой точностью, с тепловым излучением и испусканием линий CO, а также высококачественные данные рассеяния помогут найти дополнительные доказательства механизмов их формирования».
Одна из самых сложных задач, связанных с изучением образования и эволюции планет, заключается в том, что астрономы традиционно не могут видеть процессы в действии. Но благодаря улучшениям в инструментах и способности изучать сверхсолнечные звездные системы, астрономы смогли увидеть системы в разных точках процесса формирования.
Это, в свою очередь, помогает нам уточнить наши теории о том, как возникла Солнечная система, и может однажды позволить нам точно предсказать, какие типы систем могут образовываться в молодых звездных системах.
