Новое доказательство рождения планеты-ребенка
Астрономы согласны с тем, что планеты рождаются в протопланетных дисках — кольцах из пыли и газа, окружающих молодые, новорожденные звезды. Хотя сотни таких дисков были обнаружены по всей Вселенной, наблюдения за реальным рождением и формированием планет в этих средах оказались трудными. Астрономы Центра астрофизики, Гарвардский и Смитсоновский институты разработали новый способ обнаружения этих неуловимых новорожденных планет, а вместе с ним и «неопровержимых доказательств» существования маленькой планеты, похожей на Нептун или Сатурн, скрывающейся в диске. Результаты описаны сегодня в The Astrophysical Journal Letters.
Художественная иллюстрация небольшой планеты, похожей на Сатурн, обнаруженной в системе LkCa 15. Планета находится в плотных кольцах пыли и газа, окружающих ярко-желтую звезду. Материал скапливается в виде комка и дугообразной формы примерно в 60 градусах от планеты. Примечание: это изображение не в масштабе. Предоставлено: М. Вайс/Центр астрофизики, Гарвард и Смитсоновский институт
«Непосредственное обнаружение молодых планет очень сложно и до сих пор было успешным только в одном или двух случаях», — говорит Фэн Лонг, научный сотрудник Центра астрофизики, который руководил новым исследованием. «Планеты всегда слишком тусклые, чтобы мы могли их увидеть, потому что они покрыты толстыми слоями газа и пыли».
Вместо этого ученые должны искать подсказки, чтобы сделать вывод, что под пылью развивается планета.
«За последние несколько лет мы видели, как на дисках появляется много структур, которые, как мы думаем, вызваны присутствием планеты, но это может быть вызвано и чем-то другим», — говорит Лонг. «Нам нужны новые методы, чтобы увидеть и подтвердить существование планеты».
Для своего исследования Лонг решила повторно изучить протопланетный диск, известный как LkCa 15. Расположенный в 518 световых годах от нас, диск находится в созвездии Тельца на небе. Ученые ранее сообщали о доказательствах образования планет на диске, используя наблюдения обсерватории ALMA.
Лонг углубился в новые данные ALMA с высоким разрешением о LkCa 15, полученные в основном в 2019 году, и обнаружил две слабые особенности, которые ранее не были обнаружены.
Примерно в 42 астрономических единицах от звезды — или в 42 раза дальше, чем Земля находится от Солнца — Лонг обнаружил пылевое кольцо с двумя отдельными и яркими сгустками вещества, вращающимися внутри него. Материал принял форму небольшого комка и большей дуги и был разделен на 120 градусов.
Лонг изучил сценарий с компьютерными моделями, чтобы выяснить, что вызывает накопление материала, и узнал, что их размер и расположение соответствуют модели присутствия планеты.
«Эта дуга и комок разделены примерно на 120 градусов», — говорит она. «Эта степень разделения не просто происходит — это важно с математической точки зрения».
Длинные точки указывают на положения в пространстве, известные как точки Лагранжа, где два тела в движении, такие как звезда и вращающаяся вокруг планеты, создают вокруг себя усиленные области притяжения, в которых может скапливаться материя.
«Мы видим, что этот материал не просто свободно плавает, он стабилен и имеет предпочтение, где он хочет быть расположен, исходя из физики и задействованных объектов», — объясняет Лонг.
В этом случае дуга и сгусток вещества, обнаруженные Лонгом, располагаются в точках Лагранжа L 4 и L 5. Между ними на 60 градусов спряталась маленькая планета, вызывающая скопление пыли в точках L 4 и L 5.
Результаты показывают, что планета размером примерно с Нептун или Сатурн и возрастом от одного до трех миллионов лет. (Это относительно молодо, когда речь идет о планетах.)
Непосредственное изображение маленькой новорожденной планеты может оказаться невозможным в ближайшее время из-за технологических ограничений, но Лонг считает, что дальнейшие наблюдения LkCa 15 с помощью ALMA могут предоставить дополнительные доказательства, подтверждающие ее планетарное открытие.
Она также надеется, что ее новый подход к обнаружению планет, в котором материал преимущественно накапливается в точках Лагранжа, будет использован астрономами в будущем.
«Я надеюсь, что этот метод получит широкое распространение в будущем», — говорит она. «Единственное предостережение заключается в том, что для этого требуются очень глубокие данные, поскольку сигнал слабый».
