За сучасними підрахунками, лише в Галактиці Чумацького Шляху могло бути близько 100 мільярдів планет. На жаль, пошук доказів цих планет є важкою, трудомісткою роботою. Здебільшого астрономи змушені покладатися на непрямі методи, які вимірюють занурення в яскравості зірки (метод транзиту) доплерівських вимірювань власного руху зірки (метод радіальної швидкості).
Пряме зображення дуже складно через ефект відміни, який мають зірки, де їх яскравість утрудняє помітити планети на орбіті. На щастя, нове дослідження під керівництвом Центру інфрачервоної обробки та аналізу (IPAC) компанії Caltech визначило, що може бути ярлик для пошуку екзопланет за допомогою прямого зображення. Рішення, стверджують вони, полягає в пошуку систем, що мають круговий диск сміття, оскільки вони обов'язково мають хоча б одну планету-гігант.
Нещодавно з'явилося дослідження під назвою "Обстеження прямого зображення спостережуваних дисків сміття: виникнення гігантських планет у запилених системах". Астрономічний журнал. Тіффані Мешкат, помічник наукового співробітника в IPAC / Caltech, була головною автором дослідження, яке вона виконала під час роботи в лабораторії реактивного руху НАСА в якості докторантури.
Заради цього дослідження доктор Мешкат та її колеги дослідили дані про 130 різних однозіркових системах із дисками-сміттями, які вони потім порівняли з 277 зірками, які не мають хост-дисків. Усі ці зірки спостерігалися космічним телескопом Спітцера НАСА, і всі вони були порівняно молодими у віці (менше 1 мільярда років). З цих 130 систем 100 були вивчені раніше для пошуку екзопланет.
Потім доктор Мешкат та її команда проводили спостереження за іншими 30 системами, використовуючи дані W.M. Обсерваторія Кека на Гаваях і дуже великий телескоп (VLT) Європейської південної обсерваторії в Чилі. Хоча вони не виявили жодних нових планет у цих системах, їх експертизи допомогли охарактеризувати велику кількість планет у системах, що мали диски.
Вони виявили, що у молодих зірок, що мають дискові сміття, швидше за все є також гігантські екзопланети з широкими орбітами, ніж ті, що цього не роблять. Ці планети також могли мати п’ять разів більше маси Юпітера, що робить їх "Супер-Юпітерами". Як пояснив доктор Мешкат в нещодавньому прес-релізі NASA, це дослідження буде корисним, коли настане час, щоб мисливці за екзопланетом обрали свої цілі:
«Наше дослідження важливе для того, як майбутні місії плануватимуть, яких зірок слід спостерігати. Багато планет, які були знайдені за допомогою прямого зображення, були в системах, де були сміттєві диски, і тепер ми знаємо, що пил може бути показником нерозкритого світу ».
Це дослідження, яке було найбільшим оглядом зірок із запорошеними дисковими сміттями, також дало найкращі докази того, що планети-гіганти відповідають за утримання дисків сміття. Хоча дослідження прямо не вирішили, чому присутність гігантської планети спричинить утворення дисків сміття, автори вказують, що їх результати відповідають прогнозам, що дискові сміття є продуктами гігантських планет, що перемішуються і викликають зіткнення пилу.
Іншими словами, вони вважають, що сила тяжіння планети-гіганта спричинить зіткнення планестималів, тим самим заважаючи їм утворювати додаткові планети. Як пояснив співавтор дослідження, Димитрій Моует, який також є старшим науковим співробітником JPL:
"Можливо, у цих системах ми не знаходимо маленьких планет, тому що на початку цих масивних тіл руйнували будівельні блоки скелястих планет, посилаючи їх, розбиваючи один одного на великій швидкості, а не обережно поєднуючись ».
У межах Сонячної системи планети-гіганти створюють своєрідні пояси сміття. Наприклад, між Марсом і Юпітером у вас є Головний пояс астероїдів, а позаду Нептуна лежить пояс Койпера. Багато систем, досліджених у цьому дослідженні, також мають два пояси, хоча вони значно молодші за власні пояси Сонячної системи - приблизно 1 мільярд років порівняно з 4,5 мільярдами років.
Однією з систем, які були досліджені в дослідженні, була Beta Pictoris - система, яка має диск із сміттям, комети та одну підтверджену екзопланету. Ця планета позначена Beta Pictoris b, яка має 7 маси Юпітера та орбітує зірку на відстані 9 АС - тобто дев'ять разів відстань між Землею та Сонцем. Ця система була безпосередньо зображена астрономами в минулому за допомогою наземних телескопів.
Цікаво, що астрономи передбачили існування цієї екзопланети задовго до її підтвердження на основі наявності та структури дискового сміття системи. Іншою системою, яка вивчалася, була HR8799, система з диском із сміттям, який має два видатні пилові пояси. У подібних системах можна зробити висновок про наявність більшої кількості планет-гігантів виходячи з необхідності підтримки цих пилових поясів.
Вважається, що це стосується нашої Сонячної системи, де 4 мільярди років тому планети-гіганти відвернули комети, що проходять до Сонця. Це призвело до пізнього важкого обстрілу, коли внутрішні планети зазнавали незліченних ударів, які видно і сьогодні. Вчені також вважають, що саме в цей період міграції Юпітера, Сатурна, Урана та Нептуна відхилили пил та дрібні тіла, щоб утворити пояс Койпера та астероїд.
Доктор Мешкат та її команда також зазначили, що досліджувані ними системи містять набагато більше пилу, ніж наша Сонячна система, що може бути пояснено їх різницею у віці. У випадку систем, яким близько 1 мільярда років, підвищена присутність пилу може бути наслідком зіткнення невеликих тіл, які ще не сформували більших тіл. З цього можна зробити висновок, що наша Сонячна система колись була ще більш брудною.
Однак автори також відзначають, що системи, які вони спостерігали - які мають одну планету-гігант і диск із сміттям - можуть містити більше планет, які просто ще не були виявлені. Зрештою, вони визнають, що потрібно більше даних, перш ніж ці результати можна вважати переконливими. Тим часом це дослідження може послужити керівництвом щодо того, де можуть бути виявлені екзопланети.
Як зазначив Карл Стапельфельт, головний науковий співробітник НАСА з програми дослідження екзопланет НАСА та співавтор дослідження, заявив:
"Показавши астрономів, де майбутні місії, такі як космічний телескоп Джеймса Вебба НАСА, мають найкращі шанси знайти гігантські екзопланети, це дослідження відкриває шлях до майбутніх відкриттів".
Крім того, це дослідження могло б допомогти інформувати власне розуміння того, як Сонячна система розвивалася протягом мільярдів років. Деякий час астрономи обговорювали, чи переходили планети на зразок Юпітера до своїх нинішніх позицій, і як це вплинуло на еволюцію Сонячної системи. І продовжуються дискусії щодо того, як формувався Головний пояс (тобто порожній).
І останнє, але не менш важливе, це може повідомити майбутні опитування, даючи можливість астрономам знати, які зоряні системи розвиваються за тією ж схемою, що і наша влада, мільярди років тому. Де б зіркові системи не мали сміттєві диски, вони випливають із наявністю особливо масивного газового гіганта. А там, де у них є диск з двома видатними ременями пилу, вони можуть зробити висновок, що він теж стане системою, що містить багато планет і два ремені.
