На расстоянии 370 световых лет от нас солнечная система создает детские планеты. Звезда в центре всего этого молодая, ей всего около 6 миллионов лет. И его дети - две огромные планеты, вероятно, оба газовых гиганта, кормящиеся газообразным веществом из околосолнечного диска звезды.
Звезда-хозяин в этой системе называется PDS 70. PDS 70 немного меньше и менее массивна, чем наше Солнце, и все еще аккрецирует саму материю. Эта молодая звезда - звезда T Tauri, что означает, что они очень молоды и только начинают свою жизнь. Поскольку это так молодо, планеты все еще находятся в процессе формирования на орбите вокруг этого. А увидеть зарождающиеся планеты, которые все еще формируются, - это то, что астрономы только сейчас начинают делать хорошо.
«Это первое однозначное обнаружение двухпланетной системы, разделяющей дисковый зазор».
Жюльен Жирар, Научный институт космического телескопа.
Что делает изображения этих молодых, все еще формирующихся планет интересными, так это то, что они подтверждают нашу давнюю теорию о том, как планеты формируются в молодых солнечных системах. Эта теория называется Небулярной Гипотезой, и она существует уже несколько десятилетий, но без наблюдательных данных, подтверждающих ее.
Небулярная гипотеза
Звезды образуются из массивных облаков, состоящих в основном из водорода, называемых молекулярными облаками. Молекулярные облака гравитационно неустойчивы, и газ имеет тенденцию к слипанию. В конце концов, один из этих комков начинает снежный ком и становится все больше и больше. При этом облако сглаживается, как блин, и начинает вращаться, и когда центральный комок становится достаточно плотным, он воспламеняется и превращается в звезду. Многие звезды находятся в двойных системах, когда две звезды образуются из молекулярного облака.
Но звезда в центре - не единственный комок. Другие, меньшие скопления образуются во вращающемся газе, и они могут образовывать планеты. Некоторые из газообразных планет, такие как Юпитер и Сатурн в нашей собственной Солнечной системе, могут стать действительно большими. (Астрономы иногда называют Юпитер и Сатурн «неудавшимися звездами», потому что они были на пути к тому, чтобы стать звездами, но не могли этого сделать).
Если бы вы могли заморозить процесс там, вы бы увидели молодую звезду в центре плоского, вращающегося облака газа. Но в газе вы увидите кольцевые промежутки, где планеты заняты, подметая материал и становясь, ну, в общем, планетами. Этот процесс называется аккрецией. И это больше не молекулярное облако, теперь его называют «протопланетным диском», потому что это форма диска, и в нем формируются протопланеты.
И это именно то, что видят астрономы.
Видеть реальные планеты
Что здорово в этих новых изображениях, так это то, что мы можем не только видеть пробелы и кольца, которые сигнализируют о присутствии планеты, мы можем видеть сами планеты. И это только второй раз, когда мы наверняка увидели, как двухпланетная система делает зазоры в диске. (Система из четырех планет под названием HR 8799 была представлена в 2008 году.)
«Мы были очень удивлены, когда нашли вторую планету».
Себастьян Хафферт, ведущий автор, Лейденская обсерватория.
«Это первое однозначное обнаружение двухпланетной системы, разделяющей дисковый зазор», - сказал Жюльен Жирар из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд.
В этом новом исследовании, опубликованном 3 июня в журнале Nature Astronomy, команда астрономов использовала спектрограф MUSE на очень большом телескопе Европейской южной обсерватории (VLT).
Смотреть внутрь протопланетного диска - сложная задача. Звезда не только действительно яркая, доминирующая на изображении, но и весь газ и пыль в диске могут блокировать свет, исходящий от формирующихся планет. Инструмент MUSE обладает способностью блокировать свет, излучаемый водородом в облаке, что является признаком того, что водород накапливается в неподвижных планетах.
«Мы были очень удивлены, когда нашли вторую планету», - сказал Себастьян Хафферт из Лейденской обсерватории, ведущий автор статьи.
«Благодаря таким средствам, как ALMA, Hubble или большим наземным оптическим телескопам с адаптивной оптикой, мы видим диски с кольцами и зазорами по всему. Открытый вопрос был, есть ли там планеты? В этом случае ответ - да », - объяснил Жирар.
То, что команда заметила, была планета под названием PDS 70c. (Другая планета в той же системе, названная PDS 70b, была впервые обнаружена около года назад.)
Новая планета, PDS 70c, находится у внешнего края диска и примерно в 3,3 миллиарда миль от звезды. Это примерно на том же расстоянии, что Нептун от Солнца. Астрономы имеют только предварительные оценки массы планеты, но они оценивают, что PDS 70c в 1-10 раз массивнее Юпитера.
Ранее обнаруженная планета, PDS 70b, находится примерно в 2 миллиардах миль от звезды, примерно так же, как Уран в нашей Солнечной системе. Его масса в 4-17 раз превышает массу Юпитера.
Теперь мы ждем. Для телескопа Джеймса Вебба
Получение изображений этих молодых экзопланет является счастливой случайностью для спектрографа MUSE. Прибор был первоначально разработан для изучения галактик и звездных скоплений. Но, как выясняется, хорошо обнаруживать экзопланеты в процессе формирования. И эта случайность помогла переместить небулярную гипотезу из гипотезы в принятую теорию.
«Этот новый режим наблюдения был разработан для изучения галактик и звездных скоплений с более высоким пространственным разрешением. Но этот новый режим также делает его пригодным для визуализации экзопланет, который не был оригинальным научным драйвером для инструмента MUSE », - сказал Хафферт.
В будущем (будущее, которое все больше задерживается) космический телескоп Джеймса Вебба (JWST) будет способствовать изучению формирования молодых планет на этих дисках. Когда бесконечное ожидание этого усовершенствованного космического телескопа закончится, его мощность должна позволить астрономам сосредоточиться на очень специфических длинах волн света, излучаемого аккрецирующим водородом.
Это означает, что ученые смогут измерять температуру газообразного водорода в диске, а также его плотность. Знание обеих этих вещей поможет нам действительно понять, как образуются газовые планеты-гиганты.
Но пока, по крайней мере, у нас есть изображения планет, и когда астрономы смотрят в галактику и видят эти молодые звездные системы и промежутки в дисках, они могут быть уверены, что там действительно есть планеты.
