Наблюдение за рождением планет в системе PDS-70

Канадские астрономы сделали выдающийся шаг в понимании того, как рождаются планеты, используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). JWST был использован для изучения PDS 70, молодой звезды с двумя растущими планетами на орбите. Эта замечательная система, расположенная на расстоянии 370 световых лет от нас, дает ученым редкий шанс увидеть, как формируются и эволюционируют планеты на самых ранних стадиях их развития.

В этом новом исследовании, проведенном под руководством доктора философии Университета Виктории Дори Блейкли (Dori Blakely) и международной команды исследователей, использовался творческий подход с использованием уникальных инструментов JWST для выявления деталей о планетах и вращающемся диске из газа и пыли, внутри которого они образуются. Результаты, опубликованные в Astronomical Journal, позволяют по-новому взглянуть на то, как планеты растут с течением времени, конкурируя со звездами-хозяевами за материал.

Молодая звезда и ее планетарный питомник

PDS 70 — молодая звезда, ей всего около 5 миллионов лет - практически новорожденная по сравнению с нашим солнцем, возраст которого составляет 4,6 миллиарда лет. Его окружает газово-пылевой диск, сплющенный, как блин, с большим промежутком посередине, где формируются две планеты, PDS 70 b и PDS 70 c. Этот разрыв - зона планетарного строительства, где совершенно новые миры собирают материал, чтобы расти дальше.

"Мы видим снимки ранних стадий планетарного роста, показывающие нам, что происходит, когда миры борются за выживание в своей космической детской. Что примечательно, так это то, что мы можем видеть не только сами планеты, но и сам процесс их формирования — они конкурируют со своей звездой и друг с другом за газ и пыль, необходимые им для роста", - говорит Дори Блейкли, кандидат наук UVic и ведущий автор

Новый способ поиска планет с помощью JWST

Чтобы получить такое четкое изображение планет и диска, команда использовала тепловизор JWST в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS) в режиме интерферометрии с маскировкой апертуры (AMI) - хитроумный трюк с телескопом. Они поместили на телескоп специальную маску с несколькими крошечными отверстиями, которая позволяла небольшой части (~15%) света проходить сквозь нее и интерферировать, создавая перекрывающиеся узоры, похожие на то, как рябь от двух камешков взаимодействует на поверхности воды. Анализируя эти закономерности, они могли "видеть" скрытые детали системы с необычайной точностью.

"Этот инновационный метод подобен приглушению ослепляющего света молодой звезды, чтобы вы могли разглядеть детали того, что находится вокруг нее — в данном случае планет", - объяснил профессор. Рене Дуайон, директор Института исследований экзопланет Троттье (IREx) и главный исследователь инструмента NIRISS, разработанного JWST.

Этот подход позволил команде выявить особенности, которые невозможно обнаружить с помощью традиционных телескопических изображений, что делает это исследование новаторским доказательством концепции таких наблюдений с помощью мощного космического телескопа. Обладая способностью видеть детали на невиданном ранее уровне, JWST революционизирует наши методы изучения планет и их происхождения.

"Эта работа показывает, как JWST может сделать что-то совершенно новое", - добавил доктор Лоик Альберт (Loic Albert) из IREx, специалист по приборам JWST NIRISS. "Мы используем инновационные методы, чтобы взглянуть на планеты так, как никогда раньше".

Растущие планеты все еще находятся в стадии строительства

Наблюдения JWST подтвердили наличие двух планет-гигантов, которые все еще находятся в процессе формирования. Эти планеты притягивают материал с диска, подобно тому, как дети собирают строительные блоки, чтобы построить башню. Исследователи измерили свечение планет в среднем инфракрасном диапазоне с помощью прибора NIRISS компании JWST и определили, что обе планеты, по-видимому, накапливают газ — критическая фаза в их развитии. Мощные детекторные характеристики PDS 70 b и PDS 70 c позволили точно измерить их яркость и местоположение.

Эти находки являются прямым доказательством того, что планеты все еще растут и конкурируют со своей звездой-хозяином за материал в диске, подтверждая идею о том, что планеты формируются в процессе "аккреции", постепенно набирая массу из газа и пыли вокруг них. Этот редкий снимок планет в фазе их роста может помочь ученым понять, как в нашей собственной солнечной системе могли сформироваться такие миры, как Юпитер и Сатурн.

"Эти наблюдения дают нам невероятную возможность увидеть, как происходит формирование планет. Наблюдение за планетами в процессе аккреции вещества помогает нам ответить на давние вопросы о том, как формируются и эволюционируют планетные системы. Это все равно, что наблюдать, как на наших глазах строится солнечная система", - говорит Дуг Джонстон, главный научный сотрудник Центра астрономии и астрофизики имени Герцберга Национального исследовательского совета Канады (NRC).

Намеки на "луны в процессе становления"

Полученные данные также свидетельствуют о том, что вокруг планет могут быть кольца из материала, называемого околопланетными дисками. На этих дисках могут формироваться спутники, подобные тем, которые вращаются вокруг Юпитера и Сатурна сегодня.

Предыдущие наблюдения PDS 70b и PDS 70c на более коротких длинах волн были в значительной степени объяснены моделями, первоначально разработанными для звезд с малой массой и коричневых карликов. Однако новые наблюдения JWST, сделанные на самых длинных длинах волн, когда—либо использовавшихся для изучения этих планет, выявили дополнительный свет, который не мог быть полностью объяснен этими моделями.

Этот дополнительный свет указывает на присутствие теплого вещества, окружающего планеты, возможно, из-за дисков вещества, активно накапливающихся на планетах. Это новое доказательство подтверждает существование околопланетных дисков, которые, как считается, играют решающую роль в формировании систем спутников и росте планет.

Шаг вперед для планетарной науки

Открытия, сделанные в PDS 70, дают астрономам более четкое представление о том, как планеты и звезды формируются и эволюционируют вместе. Наблюдая за ростом этих планет и их взаимодействием с окружающей средой, ученые узнают, как возникают планетные системы, подобные нашей собственной.

"Это все равно, что смотреть на семейную фотографию нашей солнечной системы, когда мы были совсем маленькими", - сказал Блейкли. "Невероятно думать о том, как многому мы можем научиться у одной системы".

Что будет дальше с PDS 70?

Возможно, самым интригующим открытием стало обнаружение слабого, неразрешенного источника света в промежутке протопланетного диска. Хотя природа этого излучения неясна, оно может представлять собой структуру, подобную спиральному рукаву из газа и пыли, или даже третью планету, также формирующуюся в системе.

Последующие наблюдения с помощью других приборов JWST, включая MIRI и NIRCam, будут иметь решающее значение для подтверждения того, является ли свечение новой планетой, особенностью диска или чем-то совершенно неожиданным.

Источник