Движение газа в протопланетном диске выдало три новорожденных планеты

Астрономы при помощи системы радиотелескопов ALMA и новой техники поиска планет открыли три недавно сформировавшихся планеты в протопланетном диске у очень молодой звезды. Результаты работы позволят более глубоко понять механизмы образования планет и улучшить методику их поиска. Статьи (раз и два) опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters, кратко о работе рассказывается в пресс-релизе на сайте Европейской Южной обсерватории.

За последние несколько десятилетий наблюдатели открыли более 3700 экзопланет при помощи различных методов, например транзитной фотометрии или метода радиальных скоростей. Однако практически все эти объекты представляют собой уже сформировавшиеся планеты, поэтому задача обнаружения планет на стадии образования (протопланет) является весьма важной с точки зрения нашего понимания механизмов, управляющих зарождением и эволюцией планетных систем, в том числе и нашей собственной. Задача осложняется тем, что существующие методы поиска не годятся для обнаружения протопланет и необходимы новые.

Прямое обнаружение протопланет в среде, где они формируются (газопылевых дисках вокруг молодых звезд) возможно, но достаточно сложно, поэтому исследователи пользуются косвенными методами. В новых работах две группы астрономов во главе с Кристофом Пинте (Christophe Pinte) и Ричардом Тигом (Richard Teague) сообщают о результатах наблюдений, проведенных при помощи системы радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), с использованием новой методики обнаружения протопланет. Целью наблюдений стала молодая звезда Хербига А-типа HD 163296, расположенная на расстоянии около 330 световых лет от Земли в созвездии Стрельца. Масса звезды оценивается в 1,9 масс Солнца, а возраст — в четыре миллиона лет. Более ранние наблюдения космического телескопа «Хаббл» выявили наличие у HD 163296 протопланетного диска, простирающегося на 375 астрономических единиц от звезды, который и изучался в работе.

Изображения с высоким разрешением, полученные при помощи ALMA в миллиметровом диапазоне, показали яркую центральную компоненту диска и набор из трех газопылевых колец, а также определили, что газовая составляющая диска простирается на расстояния до 415 астрономических единиц от звезды. Однако исследователей интересовала не столько структура диска, сколько распределение и динамика газа в нем, которые отслеживались по излучению молекул угарного газа (CO). Движение газовых облаков вокруг звезды в отсутствии других тел имеет достаточно простое описание (кеплеровское вращение) и наблюдаемые возмущения (кольцеобразные структуры, щели в диске, спиральные волны и завихрения) могут указать на наличие массивного тела, например планеты. Благодаря эффекту Допплера, ответственному за небольшие изменения длин волн излучения молекул угарного газа, ученые могут отследить движение газа в протопланетном диске. Сравнение данных наблюдений с серией трехмерных моделей позволяет предполагать, что кинематические ассиметрии в диске обусловлены наличием ​​планет.

Именно таким образом группа Тига идентифицировала две планеты с массами 0,6 и 1 масс Юпитера, расположенные примерно на расстояниях в 12 и 21 миллиарда километров от своей материнской звезды, а группа Пинте — еще одну планету, с массой 1,3 масс Юпитера, на дистанции около 39 миллиардов километров, применив более точную методику. При этом отмечается, что самая близкая к звезде планета может на самом деле являться внешней границей зоны магнито-вращательной неустойчивости, а самая дальняя планета могла образоваться как на текущем месте, так и мигрировать из внутренних областей диска наружу. 

Ранее мы рассказывали о том, как телескоп «Хаббл» помог изучить структуру остаточного диска у звезды, как выглядят околозвездные диски у далеких звезд и каким образом искусственный интеллект научили искать протопланетные диски.

Александр Войтюк