Около трёх десятилетий назад мы не были уверены, что у других звёзд есть планеты, вращающиеся вокруг них. Учёные, естественно, предполагали, что такие планеты существуют, но у них не было доказательств. Теперь мы не только нашли более чем 6000 подтверждённых экзопланет, но и можем наблюдать, как вокруг далёких звёзд формируются планеты-малютки.
Когда звёзды формируются, их окружают вращающиеся диски из газа и пыли, называемые протопланетными дисками. В этих дисках формируются планеты, и в последние годы телескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) исследовал многие из этих дисков. Он обнаружил характерные признаки формирования планет, и мы видим, как они прокладывают орбитальные пути в дисках.
Другие телескопы тоже изучали эти молодые протопланетные диски и обнаружили свои собственные свидетельства формирования планет. Астрономы, работающие с Очень большим телескопом ESO (VLT) и его прибором SPHERE, обнаружили спиральные рукава в диске вокруг звезды HD 135344B. Хотя эти узоры позволяют предположить наличие планеты, прямых доказательств её существования до сих пор не было.
Теперь астрономы, работающие с другим инструментом VLT — спектрографом с улучшенным разрешением (Enhanced Resolution Imager and Spectrograph), возможно, нашли прямое доказательство формирования газового гиганта на орбите вокруг звезды. Об этом открытии говорится в исследовательском письме под названием «Раскрытие кандидата в протопланеты, находящегося в диске HD 135344B при помощи VLT/ERIS», опубликованном в журнале Astronomy and Astrophysics. Ведущий автор — Франческо Майо, докторант Флорентийского университета, Италия.
«Наблюдения протопланетных дисков с высоким угловым разрешением в инфракрасном и миллиметровом диапазонах длин волн позволили обнаружить полости, разрывы и спирали», — пишут авторы в своём исследовании. «Одним из предполагаемых механизмов, объясняющих эти структуры, является динамическое возмущение, вызванное гигантскими протопланетами».
Предыдущее исследование изучало диск вокруг HD 135344B. Наблюдения ALMA выявили спиральные рукава и намёки на формирование массивной планеты, а также другие особенности, такие как скопление материи. В данном исследовании эти наблюдения были уточнены с помощью более мощных инструментов.
«Мы идентифицировали ранее обнаруженные спиральные рукава S1, S2, S2a и особенности „комка“ материи к югу от звезды», — добавили они. Кроме того, они обнаружили новый точечный источник у основания спирального рукава S2. Они идентифицировали его как газовый гигант с массой около 2 масс Юпитера.
Эти наблюдения заметно отличаются от предыдущих, показывающих пробелы в диске, вырезанные экзопланетами. По тем изображениям исследователи могли лишь сделать вывод, что их создали планеты. А когда речь зашла о спиралях, нашлись и другие потенциальные объяснения. «Наличие спиральных рукавов можно объяснить и другими механизмами, не связанными с внешним раздражителем», — пишут исследователи, объясняя, что гравитационная нестабильность потенциально может создавать как рукава, так и тени. В работе 2021 года объясняется, что асимметрии в околозвёздных дисках могут отбрасывать тень на другие области диска. Эти тени создают области низкого давления, которые могут спровоцировать образование спиралей.
Но на этот раз астрономы обнаружили световые сигналы от самой планеты.
«В отличие от многих предыдущих наблюдений, мы можем напрямую обнаружить сигнал протопланеты, которая ещё находится в диске», — говорит Майо, работающий в Астрофизической обсерватории Арцетри, центре Национального института астрофизики Италии (INAF). «Это даёт нам гораздо больше уверенности в существовании планеты, поскольку мы наблюдаем её собственный свет».
Эта система находится на расстоянии 440 световых лет от нас, а планета примерно в два раза больше Юпитера. Она находится примерно на таком же расстоянии от своей звезды, как Нептун от Солнца (~4,5 млрд км).
Другая группа исследователей обнаружила спиральные рукава в диске вокруг другой звезды. Она называется V960 Mon, и для наблюдения за ней исследователи использовали инструмент ERIS на VLT. По их словам, они обнаружили объект-компаньон, формирующийся в диске, и их открытие опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters. Она называется "Наблюдения VLT/ERIS за системой V960 Mon: Субзвездный объект с примесью пыли, образовавшийся в результате гравитационной нестабильности?", ведущий автор — Ануроп Дасгупта из Европейской южной обсерватории.
«V960 Mon — это объект FU Orionis, который демонстрирует убедительные доказательства гравитационной нестабильности спирального рукава, который распадается на несколько пылевых сгустков. Мы сообщаем об открытии нового кандидата в субзвездные спутники вокруг этой молодой звезды», — сообщают исследователи. Он глубоко погружён в диск и находится рядом с некоторыми ранее обнаруженными сгустками в диске вокруг V960 Mons. «Этот кандидат может представлять собой активно аккрецирующий, обладающий диском субзвездный объект в молодой, гравитационно нестабильной среде», — пишут они.
Возраст объекта может составлять один миллион лет, а масса — 660 масс Юпитера.
Эта работа дополняет предыдущее исследование, в ходе которого были обнаружены спиральные рукава вокруг V960 Mons. В том исследовании также были обнаружены сгустки, которые могут быть частями спирали, испытывающими гравитационную нестабильность и, возможно, формирующими планеты. «Оценивая массу твёрдых тел внутри этих сгустков в несколько земных масс, мы предполагаем, что это наблюдение является первым свидетельством гравитационной неустойчивости планетарного масштаба», — пишут авторы.
Это исследование послужило основой для поиска и обнаружения Дасгуптой и его соавторами более прямых доказательств формирования компаньона в диске.
«Эта работа выявила нестабильную материю, но оставила открытым вопрос о том, что будет дальше. С помощью ERIS мы поставили перед собой задачу найти любые компактные светящиеся фрагменты, сигнализирующие о наличии компаньона в диске, и нам это удалось», — говорит Дасгупта. Однако они не уверены, что это — планета или коричневый карлик.
Это обнаружение важно, поскольку, если оно подтвердится, это может стать первым прямым доказательством формирования планет через гравитационную неустойчивость (ГН). Теория аккреции ядра является более общепринятой, но гравитационная неустойчивость может лучше объяснить, как планеты массы Юпитера могут формироваться быстро и вдали от своих звёзд.
Эти две системы и их спирали связаны с ГН. Астрономы считают, что они подтверждают модель формирования через ГН, но различить эти два процесса в далёких дисках очень сложно.
Стремление наблюдать за планетами в процессе их формирования связано с нашим сильным желанием понять, как сформировалась наша планета. Интеллектуальное любопытство заставляет нас смотреть на окружающий мир и задаваться вопросом, как всё появилось. Существует множество нерешённых вопросов о том, как сформировалась Земля, и, наблюдая за формированием других планет, мы, возможно, сможем найти ответы на некоторые из них.
«Мы никогда не станем свидетелями формирования Земли, но здесь, вокруг молодой звезды, находящейся на расстоянии 440 световых лет от нас, мы можем наблюдать за тем, как в реальном времени формируется планета», — говорит Майо.
