|
Поиск формирующихся планет с помощью Джеймса Уэбба
|
|
|
|
Планеты формируются в дисках из пыли и газа, называемых протопланетными дисками, которые вращаются вокруг центральной протозвезды во время ее окончательной сборки. Хотя было получено изображение нескольких десятков таких дисков, на данный момент только две планеты были пойманы в процессе формирования. Теперь астрономы направляют мощные приборы на борту космического телескопа Джеймса Уэбба на протопланетные диски, чтобы попытаться найти ранние подсказки о способах формирования планет и о том, как эти планеты влияют на свой натальный диск. Три исследования, проведенные Мичиганским университетом, Университетом Аризоны и Университетом Виктории, объединили снимки JWST с предыдущими наблюдениями, сделанными космическим телескопом Хаббл и Большой миллиметровой антенной Атакама, или ALMA, в Чили. Основываясь на дополнительных наблюдениях, команда использовала JWST для наблюдения протопланетных дисков HL Tau, SAO 206462 и MWC 758 в надежде обнаружить любые планеты, которые могут формироваться.
|
|
|
|
В статьях, опубликованных в Astronomical Journal, исследователи собрали воедино ранее невиданные взаимодействия между планетообразующим диском и оболочкой из газа и пыли, окружающей молодые звезды в центре протопланетных дисков. Исследование U-M, проведенное астрономом U-M Габриэле Куньо, нацелило JWST на диск, окружающий протозвезду под названием SAO 206462. Там исследователи потенциально обнаружили планету-кандидата в процессе формирования протопланетного диска, но это была не та планета, которую они ожидали найти. "Несколько симуляций предполагают, что планета должна находиться внутри диска, массивная, большая, горячая и яркая. Но мы ее не нашли. Это означает, что либо планета намного холоднее, чем мы думаем, либо она может быть скрыта каким-то материалом, который мешает нам ее видеть", - сказал Куньо, также соавтор всех трех статей. "То, что мы обнаружили, - это другой кандидат на планету, но мы не можем со 100% уверенностью сказать, планета это или слабая фоновая звезда или галактика, загрязняющая наше изображение. Будущие наблюдения помогут нам точно понять, на что мы смотрим".
|
|
|
Астрономы наблюдали диск в прошлом, в частности, с помощью космического телескопа Хаббл, телескопа Субару, Очень большого телескопа и ALMA. Эти наблюдения показывают диск, состоящий из двух сильных спиралей, которые, вероятно, запущены формирующейся планетой. Планета, которую ожидала найти команда U-M, относится к типу, называемому газовым гигантом, планетам, состоящим в основном из водорода и гелия, подобным Юпитеру в нашей собственной Солнечной системе. "Проблема в том, что все, что мы пытаемся обнаружить, в сотни тысяч, если не в миллионы раз слабее звезды", - сказал Куньо. "Это все равно, что пытаться обнаружить маленькую лампочку рядом с маяком". Чтобы более внимательно изучить диск, команда использовала инструмент JWST под названием NIRCam. NIRCam обнаруживает инфракрасный свет, и астрономы использовали инструмент, использующий технику, называемую угловой дифференциальной визуализацией. Этот метод может быть использован для обнаружения как теплового излучения планеты, как это сделала команда для обнаружения планеты-кандидата, так и специфических линий излучения, связанных с материалом, падающим на планету и ударяющимся о ее поверхность с высокой скоростью.
|
|
|
|
"Когда материал падает на планету, он ударяется о поверхность и испускает линию излучения на определенных длинах волн", - сказал Куньо. "Мы используем набор узкополосных фильтров, чтобы попытаться обнаружить это скопление. Это уже делалось раньше с земли на оптических длинах волн, но впервые это было сделано в инфракрасном диапазоне с помощью JWST". В статье Университета Виктории, возглавляемой студенткой астрономического факультета Кэмрин Маллин, описаны изображения диска, окружающего молодую звезду HL Tau. "HL Tau - самая молодая система в нашем исследовании, и она все еще окружена плотным потоком пыли и газа, падающих на диск", - сказал Маллин, соавтор всех трех исследований. "Мы были поражены уровнем детализации, с которым мы смогли увидеть окружающий материал с помощью JWST, но, к сожалению, он скрывает любые сигналы от потенциальных планет". Диск HL Tau известен наличием нескольких колец масштаба Солнечной системы и промежутков, в которых могли находиться планеты.
|
|
|
|
"Несмотря на то, что существует масса свидетельств продолжающегося формирования планет, HL Tau слишком молода, и в ней слишком много пыли, чтобы увидеть планеты напрямую", - сказал Джаррон Лейзенринг, главный исследователь наблюдательной кампании по поиску формирующихся планет и астроном из обсерватории Стюарда Университета Аризоны. "Мы уже начали изучать другие молодые системы с известными планетами, чтобы помочь сформировать более полную картину". Однако, к удивлению команды, JWST раскрыл неожиданные детали другой особенности: протозвездной оболочки, которая, по словам Лейзенринга, по сути, представляет собой плотный поток пыли и газа, окружающих молодую звезду, которая только начинает объединяться. Под действием силы тяжести материал из межзвездной среды попадает внутрь звезды и диска, где он служит сырьем для планет и их предшественников. Исследование UArizona, возглавляемое Кевином Вагнером, научным сотрудником НАСА Хаббл/Саган в обсерватории Стюарда UArizona, исследовало протопланетный диск MWC 758. Подобно SAO 206462, предыдущие наблюдения команды под руководством UArizona выявили образование спиральных рукавов в диске, намекающих на массивную планету, вращающуюся вокруг своей звезды-хозяина.
|
|
|
|
Хотя во время самых последних наблюдений на диске не было обнаружено никаких новых планет, чувствительность, по словам исследователей, является новаторской, поскольку позволяет им наложить самые строгие ограничения на предполагаемые планеты. Во-первых, результаты исключают существование дополнительных планет во внешних областях MWC 758, что согласуется с одной планетой-гигантом, управляющей спиральными рукавами. "Отсутствие планет, обнаруженных во всех трех системах, говорит нам о том, что планеты, вызывающие разрывы и спиральные рукава, либо находятся слишком близко к своим звездам-хозяевам, либо слишком слабы, чтобы их можно было увидеть с помощью JWST", - сказал Вагнер, соавтор всех трех исследований. "Если верно последнее, это говорит нам о том, что они имеют относительно малую массу, низкую температуру, окутаны пылью или какую—то комбинацию из трех - как, вероятно, в случае с MWC 758".
|
|
Поиск формирующихся планет продолжается
|
|
|
|
Наблюдение за планетами в процессе формирования важно, потому что астрономы могут получить информацию не только о процессе формирования, но и о том, как химические элементы распределяются по планетной системе. "Только около 15 процентов звезд, подобных Солнцу, имеют планеты, подобные Юпитеру. Действительно важно понять, как они формируются и эволюционируют, и усовершенствовать наши теории", - сказал Майкл Мейер, астроном U-M и соавтор всех трех исследований. "Некоторые астрономы полагают, что эти газовые планеты-гиганты регулируют доставку воды к каменистым планетам, формирующимся во внутренних частях дисков". Знание того, как эти диски формируются газовыми гигантами, поможет астрономам в конечном счете понять свойства и эволюцию протопланетных дисков, которые позже дают начало скалистым планетам, похожим на Землю, сказал Мейер.
|
|
|
|
"По сути, в каждом диске, который мы наблюдали с достаточно высоким разрешением и чувствительностью, мы видели большие структуры, такие как промежутки, кольца и, в случае SAO 206462, спирали", - сказал Куньо. "Большинство, если не все из этих структур, можно объяснить формированием планет, взаимодействующих с материалом диска, но существуют и другие объяснения, которые не предполагают присутствия планет-гигантов. "Если нам удастся, наконец, увидеть эти планеты, мы сможем связать некоторые структуры с формирующимися спутниками и соотнести процессы формирования со свойствами других систем на гораздо более поздних стадиях. Мы, наконец, сможем соединить точки и понять, как планеты и планетные системы эволюционируют в целом".
|
|
|
|
Источник
|
