Новый прибор позволяет получить снимки планет-младенцев
Учитывая возраст Солнца, которому более 4,5 миллиардов лет, наша солнечная система считается "средне-возрастной", и фотографии того, как она могла выглядеть в младенчестве, утрачены во времени. Используя преимущества сложного прибора с адаптивной оптикой, команда астрономов из Университета Аризоны провела наблюдения, которые позволили выявить беспрецедентные детали планет, когда они были очень молодыми.
Прибор, получивший название Magellan Adaptive Optics Xtreme, или MagAO-X, наблюдал две молодые планеты, вращающиеся вокруг PDS 70, очень молодой звезды возрастом 5 миллионов лет в созвездии Центавра, на расстоянии 370 световых лет от Земли.
Результаты наблюдений, опубликованные в журнале Astronomical Journal, впервые показывают компактные кольца пыли, окружающие "планеты-младенцы", которые, вероятно, приведут к появлению спутников. Команда также наблюдала поразительные изменения яркости планет, что свидетельствует о бурной молодости системы.
Благодаря деформируемому зеркалу, которое быстро меняет свою форму, MagAO-X корректирует атмосферные искажения таким образом, что это напоминает то, как наушники с функцией шумоподавления отфильтровывают шум.
"Это действительно большой прорыв в технологии", - сказал Лэрд Клоуз, профессор астрономии в обсерватории Стюарда при Калифорнийском научном колледже, добавив, что изображения превосходят разрешение космических телескопов, включая 2,4-метровый космический телескоп Хаббла и космический телескоп Джеймса Уэбба.
В паре с 6,5-метровым телескопом Magellan в обсерватории Лас-Кампанас в Чили этот прибор работает как "адаптивная оптическая система", что означает, что он корректирует турбулентность в атмосфере, которая затрудняет астрономические наблюдения. Система эффективно устраняет "мерцание" звезд, позволяя телескопу получать изображения, не уступающие изображениям с оптического космического телескопа.
"Форма зеркала меняется со скоростью, сравнимой с подгонкой очков по рецепту врача, 2000 раз в секунду", - сказал Клоуз. "Поскольку наша технология устраняет помехи в атмосфере, это немного похоже на то, как если бы мы взяли зеркало 6,5-метрового телескопа и поместили его в открытый космос, щелкнув кнопкой компьютерной мыши.
"При таком уровне разрешения объекты, окружающие эти планеты, видны с невероятной детализацией", - добавил он. "Чтобы дать вам представление о разрешении, представьте, что я стою в Финиксе, а вы - в Тусоне. С помощью MagAO-X вы сможете увидеть, держу ли я в руках монету достоинством в четверть доллара или две, с расстояния в 125 миль".
Астрономы полагают, что в период своего зарождения наша солнечная система, возможно, напоминала уменьшенную версию планетной системы PSD 70. Звезда окружена гигантским диском из газа и пыли в форме блина. Интересно, что на диске имеется большое свободное от пыли пространство, намекающее на наличие планет.
"Многочисленные массивные планеты действуют как метлы или пылесосы", - сказал Клоуз. "Они, по сути, рассеивают пыль и расчищают большой промежуток, который мы наблюдаем в этом огромном диске из газа и пыли, окружающем звезду".
Планеты-младенцы, известные как протопланеты, встречаются очень редко, и планеты PDS 70 b и c являются единственными такими планетами, хорошо известными астрономам из 5000 подтвержденных экзопланет. По мнению исследовательской группы, получение более четких изображений протопланет и пыли вокруг них является ключом к пониманию того, как формируются планеты и их спутники.
Хотя масса планет в PSD 70 уже в несколько раз превышает массу Юпитера, им всего около 5 миллионов лет, а это значит, что они все еще растут. По мере того, как планеты набирают массу из своего "облака рождения", на них падают "водопады" газообразного водорода, объяснил Клоуз.
Когда это происходит, планеты светятся в диапазоне, который астрономы называют H-альфа, - это длина волны света, испускаемого газообразным водородом, находящимся в определенном возбужденном состоянии в результате ударного нагрева газа, ударяющегося о поверхность планеты.
"Использование этой специальной длины волны света позволяет MagAO-X эффективно ограничивать шум и различать протопланеты и окружающие их объекты или артефакты изображения", - пояснил Клоуз.
"Мы впервые можем увидеть кольца пыли, окружающие протопланеты, которые становятся видимыми благодаря яркому звездному свету, отражающемуся от них", - добавил Джиалин Ли, докторант по астрономии и соавтор статьи.
В течение следующих нескольких миллионов лет пыль, вероятно, разрушится, образовав спутники вокруг каждой из этих молодых планет.
Четкие снимки, сделанные MagAO-X, впервые показали, что молодые планеты резко меняют свою яркость. Исследователи наблюдали, как одна из планет (PDS 70 b) всего за три года уменьшилась до одной пятой своей первоначальной яркости, в то время как яркость другой (PDS 70 c) удвоилась, сказал Клоуз, объяснив, что быстрое изменение яркости в точке H-альфа может быть связано с изменением количества водорода газ, который поступает на планеты.
"По сути, одна из планет внезапно перешла на диету, в то время как другая наслаждалась водородом", - сказал он.
Тем не менее, ученые пока не уверены, что именно вызывает такие резкие изменения.
"Наша команда продолжит использовать MagAO-X для поиска новых протопланет вокруг других молодых звезд", - сказал Клоуз. "Хотя открытие этих протопланет находится на грани того, что технически возможно сегодня, по мере совершенствования технологий мы должны открывать больше таких систем в ближайшем будущем".
"Одна из наших главных целей - продемонстрировать, насколько хорошо эти наблюдения могут быть выполнены с помощью наземных телескопов", - сказал главный исследователь MagAO-X Джаред Мэйлс, младший астроном обсерватории Стюарда.
"Мы всегда можем построить более крупные телескопы на земле, чем в космосе, и этот результат показывает, насколько важно построить следующее поколение еще более крупных телескопов и оснастить их такими приборами, как MagAO-X".
