Астрономы впервые обнаружили луны, образующиеся в обломках диска вокруг большой экзопланеты. Астрономы давно подозревали, что именно так большие планеты, такие как Юпитер в нашей Солнечной системе, получают свои луны. Все это происходит вокруг очень молодой звезды по имени PDS 70, на расстоянии около 370 световых лет в созвездии Центавра.
«Впервые мы можем окончательно увидеть характерные признаки околопланетного диска…»
Андреа Изелла, ведущий автор, Университет Райса
Принятая теория о том, как образуются планеты, называется небулярной гипотезой. Все начинается с образования звезды в огромном газовом облаке, называемом гигантским молекулярным облаком (GMC). По мере формирования звезды облако превращается во вращающийся сплющенный диск из газа и пыли, называемый протопланетным диском или околозвездным диском. Материя начинает объединяться в сгустки на этом диске, и эти сгустки превращаются в планеты.
Если масса планеты, формирующейся в диске, растет больше, чем приблизительно 10 масс Земли, происходит что-то еще. Благодаря своей массе эта планета открывает пробел в протопланетном диске. Когда материал проходит через этот промежуток, он может приблизиться к планете достаточно близко, чтобы гравитация планеты доминировала над гравитацией звезды-хозяина. Этот материал затем попадает в ловушку циркулярного диска (CPD), вращающегося вокруг планеты, как диск внутри диска.
Большая часть материала внутри околопланетного диска накапливается в формирующейся планете. Но не все это. Те же силы, которые создали планеты из околозвездного диска, начинают действовать. Они могут создавать луны из материала, вращающегося в диске вокруг планеты.
Теперь команда астрономов впервые обнаружила этот околопланетный диск и образующиеся на нем спутники.
Ведущим автором исследования с изложением этих результатов является Андреа Изелла, астроном из Университета Райс в Хьюстоне, штат Техас. Результаты были опубликованы в письмах Астрофизического журнала и называются «Обнаружение эмиссии субмиллиметрового континуума, связанной с протопланетами-кандидатами».
«Планеты образуются из дисков газа и пыли вокруг вновь образующихся звезд, и если планета достаточно велика, она может сформировать свой собственный диск, собирая материал на своей орбите вокруг звезды», - сказала Изелла. «Юпитер и его спутники - это, например, маленькая планетная система в нашей солнечной системе, и считается, что спутники Юпитера образовались из околопланетного диска, когда Юпитер был очень молод».
Все это происходит вокруг звезды PDS 70. Эта звезда была в новостях около года назад, когда астрономы запечатлели первое в мире изображение новой формирующейся планеты в околозвездном диске. Эта планета называется PDS 70b. Это открытие было большой новостью в то время, по уважительной причине.
PDS 70b - не единственная планета, вращающаяся вокруг звезды. Есть еще одна планета, PDS 70c, также на орбите, и они оба газовые гиганты. Обе эти планеты были обнаружены очень большим телескопом (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) в оптическом и инфракрасном диапазонах. Теплый жар водорода, накапливающийся в паре планет, - это то, что отдало их.
Группа объединила наблюдения VLT с новыми радионаблюдениями с большой миллиметровой / субмиллиметровой матрицы Atacama (ALMA). Результат убедительно свидетельствует о протопланетном диске вокруг самой внешней звезды, PDS 70c.
«Впервые мы можем окончательно увидеть характерные признаки циркумпланетного диска, который помогает поддерживать многие из существующих теорий формирования планет», - сказала Андреа Изелла, ведущий автор.
«Сравнивая наши наблюдения с инфракрасными и оптическими изображениями с высоким разрешением, мы ясно видим, что загадочная концентрация мелких частиц пыли на самом деле представляет собой диск планеты, опоясывающий планету, первая такая особенность, когда-либо наблюдавшаяся окончательно», - сказал он. По словам исследователей, это также первый раз, когда планета была четко видна в этих трех различных полосах света.
Ответ на один вопрос, другой вопрос
PDS 70b и c показывают разные характеристики, и команда, работающая над этим исследованием, не совсем уверена, что все это значит.
«Что это такое и что это значит для этой планетарной системы, пока неизвестно».
Андреа Изелла, ведущий автор, Университет Райса
PDS 70c, самая внешняя звезда пары, так же далека от своей звезды, как Нептун от Солнца. Он находится точно в том же месте, что и очевидный узел пыли, видимый в данных ALMA. Поскольку эта планета сияет так ярко в инфракрасном и водородном диапазонах света, астрономы могут убедительно сказать, что полностью сформированная планета уже находится на орбите. Яркие инфракрасные и водородные полосы показывают, что соседний газ все еще накапливается на поверхности планеты, заканчивая всплеск подросткового роста.
По оценкам астрономов, PDS 70c примерно в 1-10 раз больше массы Юпитера. «Если планета находится на более высоком конце этой оценки, вполне возможно, что вокруг нее могут образовываться спутники размером с планету», - отметила Изелла.
Но в PDS 70b происходит что-то еще. Эта планета, которая находится примерно на таком же расстоянии от своей звезды, что и Уран от Солнца, имеет массу пыли, тянущейся за ней, как хвост. И астрономы не уверены, как это вписывается.
«Что это такое и что это значит для этой планетарной системы, пока неизвестно», - сказала Изелла. «Единственная убедительная вещь, которую мы можем сказать, - это то, что она достаточно далеко от планеты, чтобы быть независимой чертой».
Астрономы почти уверены, что процесс, который они могут наблюдать за PDS 70c, - это тот же процесс, который работал для создания спутников Юпитера. Однако стоит отметить, что другой газовый гигант нашей Солнечной системы отличается от Юпитера. Вероятно, спутники Сатурна были созданы в результате околопланетного диска, но его ледяные кольца, вероятно, были созданы кометами и другими скалистыми телами, врезавшимися друг в друга.
Эти экзопланетные системы, как известно, трудно наблюдать в оптическом и инфракрасном свете. Энергия звезды в этих частях спектра заглушает свет планет. Но не для ALMA.
ALMA фокусируется на радиоволнах, а звезды слабо излучают радиоволны. Команда говорит, что они могут продолжать наблюдать за системой PDS 70 с ALMA, чтобы наблюдать за ее изменениями и развитием.
«Это означает, что мы сможем вернуться к этой системе в разные периоды времени и упростить составление карты орбиты планет и концентрации пыли в системе», - заключила Изелла. «Это даст нам уникальное представление об орбитальных свойствах солнечных систем на самых ранних стадиях их развития».
Обнаружение этого околопланетного диска и вероятных лун, формирующихся в нем, интересны сами по себе, но способ, которым команда нашла диск, также перспективен на будущее. В то время как другие были найдены, это исследование является наиболее убедительным.
«Есть несколько планет-кандидатов, которые были обнаружены на дисках, но это очень новая область, и они все еще обсуждаются», - сказала Изелла. «(PDS 70b и PDS 70c) являются одними из самых надежных, потому что были независимые наблюдения с использованием различных инструментов и методов».
В заключении своей статьи авторы говорят: «Мы утверждаем, что оптические наблюдения, NIR и (суб) миллиметровые наблюдения в значительной степени дополняют друг друга, поскольку они исследуют различные аспекты процессов аккреции планет и подвержены влиянию различных систематических ошибок». Они также отмечают, что одна ALMA не может сделать работу. Объединив различные наблюдения, они открыли эти экзопланеты и их диски для более детального изучения.
Из исследования: «По мере того, как ALMA и существующие оптические телескопы достигают своих полных возможностей получения изображений, предстоящие наблюдения близлежащих околозвездных дисков, характеризующихся полостями и промежутками, подобными тем, которые наблюдаются в PDS 70, могут выявить больше новорожденных планет, взаимодействующих с их натальным диском. Такие наблюдения имеют основополагающее значение для исследования процессов, ответственных за формирование планетных систем ».
Источники:
- Пресс-релиз: Обнаружен «лунообразующий» околопланетный диск в далекой звездной системе
- Пресс-релиз: Лунообразующий диск обнаружен вокруг далекой планеты
- Научная статья: Обнаружение эмиссии субмиллиметрового континуума, связанной с протопланетами-кандидатами
