Астрономи виявили вперше місяці, що утворюють у диску сміття навколо великої екзопланети. Астрономи вже давно підозрюють, що саме так отримують свої місяці більші планети - як Юпітер у нашій Сонячній системі. Все відбувається навколо дуже молодої зірки на ім'я PDS 70, приблизно 370 світлових років у сузір’ї Кентавра.
"Вперше ми можемо переконливо побачити показові знаки циркулярного диска ..."
Андреа Ізелла, головний автор університету Райс
Прийнята теорія того, як формуються планети, називається туманною гіпотезою. Все починається з утворення зірки у величезній газовій хмарі під назвою гігантська молекулярна хмара (GMC). У міру формування зірки хмара перетворюється на обертовий сплющений диск газу і пилу, який називається протопланетним диском, або круговим диском. Матерія починає зливатися в груди цього диска, і ці скупчення перетворюються на планети.
Якщо маса планети, що утворюється на диску, зростає приблизно приблизно 10 мас Землі, відбувається щось інше. Завдяки своїй масі ця планета відкриває пробіл у протопланетному диску. Коли матеріал проходить через цей проміжок, він може наблизитися до планети, що гравітація планети домінує над силою тяжіння зірки господаря. Потім цей матеріал потрапляє в пастку навколопланетного диска (CPD), що обертається навколо планети, як диск всередині диска.
Значна частина матеріалу в межах планетного диска накопичується на формуючої планеті. Але не все це. Ті самі сили, які створили планети з-під кругового диска, йдуть на роботу. Вони можуть створювати місяці з матеріалу, що обертається в диску навколо планети.
Зараз команда астрономів вперше помітила цей навколопланетний диск і місяці, що утворюються в ньому.
Провідним автором дослідження, що описує ці результати, є Андреа Ізелла, астроном з університету Райсу в Х'юстоні, Техас. Отримані результати були опубліковані в листах журналу Astrophysical Journal під назвою «Виявлення безперервної субміліметрової емісії, пов’язаної з протопланетами-кандидатами».
"Планети утворюються з дисків газу і пилу навколо новоутворених зірок, і якщо планета досить велика, вона може сформувати власний диск, коли він збирає матеріал на своїй орбіті навколо зірки", - сказала Ізелла. "Юпітер та його місяці - це, наприклад, трохи планетарна система всередині нашої Сонячної системи. Вважається, що супутники Юпітера утворилися з планетного диска, коли Юпітер був зовсім молодим".
Це все відбувається навколо зірки PDS 70. Ця зірка була в новинах близько року тому, коли астрономи зняли перше в історії зображення новоутворюючої планети в кругозірному диску. Ця планета називається PDS 70b. Це відкриття було великою новиною в той час, з поважних причин.
PDS 70b - не єдина планета, яка обертається навколо зірки. На орбіті є ще одна планета, PDS 70c, і вони обидва газові гіганти. Обидві ці планети були виявлені дуже великим телескопом (VLT) Європейської південної обсерваторії в оптичному та інфрачервоному просторах. Тепле світіння водню, що припадає на пару планет, - це те, що їх подарувало.
Команда поєднала спостереження VLT з новими радіоспостереженнями з великого міліметрового / субміліметрового масиву Atacama (ALMA). Результат - переконливі докази існування протопланетного диска навколо самої зовнішньої зірки, PDS 70c.
"Вперше ми можемо переконливо побачити показові знаки навколопланетного диска, що допомагає підтримувати багато сучасних теорій формування планети", - сказала головний автор Андреа Ізелла.
"Порівнюючи наші спостереження з інфрачервоними та оптичними зображеннями високої роздільної здатності, ми можемо чітко побачити, що інакше загадкова концентрація крихітних пилових частинок - це насправді планетарний диск пилу, перша така особливість, яка колись переконливо спостерігається", - сказав він. На думку дослідників, це також є вперше, коли планета була чітко помічена в цих трьох різних смугах світла.
На одне питання відповіли, на інше задали
PDS 70b і c демонструють різні характеристики, і команда, яка стоїть за цим дослідженням, не точно впевнена, що це все означає.
"Що це таке і що це означає для цієї планетарної системи, поки невідомо".
Андреа Ізелла, головний автор університету Райс
PDS 70c, найвіддаленіша зірка пари, настільки ж далека від своєї зірки, як Нептун від Сонця. Він знаходиться в точно такому ж місці, як і очевидний вузол пилу, помічений у даних ALMA. Оскільки ця планета так яскраво сяє в інфрачервоній та водневій смугах світла, астрономи можуть переконливо сказати, що повністю сформована планета вже перебуває на орбіті. Яскраві інфрачервоні та водневі смуги показують, що газ поблизу все ще накопичується на поверхні планети, закінчуючи свій підлітковий ріст.
Астрономи підрахували, що PDS 70c приблизно в 1 - 10 разів перевищує масу Юпітера. "Якщо планета стоїть на більшому кінці цієї оцінки, цілком можливо, навколо неї можуть утворюватися місяці розміру планети", - зазначила Ізелла.
Але PDS 70b має щось інше. Ця планета, яка знаходиться приблизно на тій же відстані від своєї зірки, що і Уран від Сонця, має масу пилу, що тягнеться за нею, як хвіст. І астрономи не впевнені, як це вписується.
"Що це таке і що це означає для цієї планетарної системи, поки невідомо", - сказала Ізелла. "Єдине переконливе, що ми можемо сказати, - це те, що планета є достатньо далеко незалежною."
Астрономи майже впевнені, що процес, який вони можуть бачити, розігруючи навколо PDS 70c, - це той самий процес, який працював над створенням лун Юпітера. Однак варто зазначити, що інший газовий гігант нашої Сонячної системи відрізняється від Юпітера. Місячні місяці Сатурна, ймовірно, були створені в результаті планетного диска, але його крижані кільця, ймовірно, були створені кометами та іншими скелястими тілами, що врізалися одне в одне.
Ці екзопланетарні системи, як відомо, важко спостерігати в оптичному та інфрачервоному світлі. Енергія зірки в тих частинах спектру витісняє світло з планет. Але не для ALMA.
ALMA зосереджується на радіохвилях, а зірки випромінюють радіохвилі лише слабо. Команда каже, що вони можуть продовжувати спостерігати за системою PDS 70 з ALMA, щоб спостерігати, як вона змінюється та розвивається.
"Це означає, що ми зможемо повернутися до цієї системи в різні періоди часу і легше відобразити орбіту планет і концентрацію пилу в системі", - підсумував Ізелла. "Це дасть нам унікальне уявлення про орбітальні властивості сонячних систем на їх самих ранніх стадіях розвитку".
Відкриття цього планетарного диска та можливі місячні, що утворюються на ньому, цікаві самі по собі, але спосіб, яким команда знайшов диск, також є перспективним для майбутнього. Хоча інші були знайдені, це дослідження є найбільш переконливим.
"Є кілька планет-кандидатів, які були виявлені на дисках, але це зовсім нове поле, і всі вони все ще обговорюються", - сказала Ізелла. "(PDS 70 b та PDS 70 c) є одними з найбільш надійних, оскільки були незалежні спостереження з різними інструментами та методиками."
На закінчення своєї роботи автори зазначають: "Ми стверджуємо, що оптичні, NIR та (суб) міліметрові спостереження сильно доповнюють один одного, оскільки вони дають змогу розглянути різні аспекти процесів акрементації планети та зазнають впливу різних систематичних помилок". Вони також відзначають, що лише ALMA не може виконати цю роботу. Комбінуючи різні спостереження, вони відкрили ці екзопланети та їх диски для більш детального вивчення.
З дослідження: «Коли ALMA та існуючі оптичні телескопи досягають своїх повноцінних можливостей для зображення, майбутні спостереження довкола циркулярних дисків, що характеризуються порожнинами та прогалинами, подібними до PDS 70, можуть виявити більше планет новонароджених, що взаємодіють із їх натальним диском. Такі спостереження є основоположними для дослідження процесів, відповідальних за формування планетарних систем ».
Джерела:
- Прес-реліз: «Місяць, що утворює», планетний диск, виявлений у віддаленій зірковій системі
- Прес-реліз: Місяць, що утворює диск, виявлений навколо далекої планети
- Дослідження: Виявлення безперервного субміліметрового викиду, пов’язаного з протопланетами-кандидатами
