|
Молодая газовая планета-гигант Бета Пик B
|
|
|
|
Молодая планетная система звезды Бета Пикторис (сокращенно: Бета Пик), возраст которой составляет 23 миллиона лет, считается культовым околозвездным пылевым диском, в котором находятся как минимум три газовые планеты-гиганта. Открытая в 2008 году методом прямого изображения, Бета Пик b является самой массивной из этих планет, ее масса составляет приблизительно 11 масс Юпитера. Она вращается вокруг своей звезды по широкой траектории, совершая один оборот примерно за 23 года.
|
|
|
|
Астрономы из Института астрономии им. Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге, Германия, Обсерватории Лазурного берега (OCA) в Ницце, Франция, и других учреждений наблюдали за Бета Пик b, чтобы исследовать происхождение планеты и потенциальную изменчивость атмосферы с помощью недавно модернизированного инструмента GRAVITY+. Он установлен на Очень большом телескопе-интерферометре (VLTI), эксплуатируемом Европейской южной обсерваторией (ESO) в Паранале, Чили. Главным автором исследования, опубликованного в виде письма в журнале Astronomy & Astrophysics, является аспирантка MPIA Антония фон Штауффенберг.
|
|
|
|
«Интерферометрический инструмент GRAVITY+ отличается высокой стабильностью [...], что делает его уникально способным к высокоточной характеризации экзопланет, наблюдаемых непосредственно», — говорит соавтор и научный сотрудник MPIA Йонас Заутер. GRAVITY+ — это модернизированный инструмент GRAVITY, оснащенный улучшенной адаптивной оптикой.
|
|
|
|
|
|
|
Команда применила метод, предложенный несколько лет назад, для определения места рождения планеты внутри ее планетообразующего диска. Измерив относительное соотношение содержания двух различных форм углерода (C), заключенных в газообразном монооксиде углерода (CO) в атмосфере Бета Пик b, можно определить, образовалась ли планета вне или внутри области диска, где монооксид углерода присутствовал в виде льда. Учитывая облучение от звезды-хозяина, нагревающее диск из его центра, это напрямую отразится на расстоянии от звезды, на котором образовалась планета. Радиус, на котором температура достаточно низка, чтобы превратить газ в лед, обычно называют снеговой линией.
|
|
|
|
Технический термин для различных форм элемента, такого как углерод, — изотоп. Изотопы имеют одинаковое число положительно заряженных протонов в ядре атома, но различаются числом нейтральных нейтронов, как, например, два изотопа углерода 12C и 13C. Вследствие этого они имеют несколько разные массы, но обладают схожими химическими свойствами. В космосе углерод часто встречается в ассоциации с кислородом, образуя молекулы 12CO и 13CO.
|
|
|
|
Захватывающий предварительный сценарий
|
|
|
|
Интересно, что в более ранней попытке оценить диагностическое соотношение между 12CO и несколько более тяжелым 13CO ученый MPIA Матье Раве использовал оригинальный инструмент GRAVITY до его модернизации, получив сравнительно низкое соотношение. Авторы уже подозревали, что GRAVITY мог быть недостаточен для надлежащего разрешения ключевых сигналов в этом наборе данных, и рекомендовали проявлять осторожность при интерпретации результатов. Тем не менее, следуя логике упомянутого выше сценария, этот результат, основанный на предположении о том, что Бета Пик b могла расти во внешней части диска за пределами снеговой линии, накапливая лед CO, а не газообразный CO.
|
|
|
|
Однако на расстоянии около 10 а.е. (астрономическая единица = среднее расстояние между Солнцем и Землей; 1 а.е. = 149,6 млн км) от звезды-хозяина Бета Пик b в настоящее время четко вращается вокруг диска между звездой и снеговой линией, где CO должен был присутствовать преимущественно в газообразном виде. Если предположить, что результат верен, то это открытие указывает на то, что Бета Пик b, возможно, мигрировала через диск.
|
|
|
|
Новые и улучшенные результаты с GRAVITY+
|
|
|
|
Используя GRAVITY+, фон Штауффенберг и ее коллеги получили обновленное и более точное соотношение содержания 12CO/13CO в атмосфере Бета Пик b, которое значительно выше предыдущего значения. Хотя 12CO четко обнаруживается, и его содержание легко определить, измерение 13CO требует более сложного подхода. Интересно, что это соотношение согласуется со значением, приведенным в сопутствующей статье Гонсалеса Пикоса и др. (2026), которые использовали другой прибор.
|
|
|
|
Это демонстрирует улучшенное качество данных, которое обеспечивает GRAVITY+ по сравнению с его первоначальной конструкцией. Предыдущий результат GRAVITY явно был подвержен систематическим неопределенностям.
|
|
|
|
Кроме того, астрономы обнаружили тонкие признаки того, что наблюдаемые уровни потока, исходящего от планеты, меняются со временем. Несмотря на низкую значимость, основные вариации, по-видимому, связаны с периодом вращения планеты, составляющим приблизительно 8,7 часа. Если это так, то это может указывать на наличие облаков или химических процессов в атмосфере Бета Пикторис b. Однако для подтверждения результата необходимы более точные наблюдения.
|
|
|
|
Фон Штауффенберг говорит: «Возможность точно определить как изотопологию, так и потенциальную изменчивость вращения, используя наземные наблюдения за такой подлинной планетой, как Бета Пикторис b, демонстрирует исключительное качество данных, достигнутое с помощью обновленного инструмента GRAVITY+».
|
|
|
|
В предложенной схеме определения места рождения газового гиганта новое, более точное соотношение 12CO/13CO явно смещает Бета Пик b в более теплую, внутреннюю область диска, в котором формировалась планета, что согласуется с текущим положением планеты. Кроме того, это соотношение в целом соответствует значениям, обычно встречающимся в Солнечной системе и межзвездной среде (МЗС), которая пронизывает пространство между звездами в Млечном Пути. Подавляющее большинство из примерно дюжины молодых газовых гигантов, исследованных на предмет соотношения CO, показывают аналогичные значения.
|
|
|
|
Это соответствие на самом деле может быть плохой новостью, поскольку соотношение изотопов углерода, похоже, не является достаточно информативным, когда используется в качестве индикатора расстояния планеты от ее звезды-хозяина. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что любые потенциальные отклонения во время формирования планеты слишком малы, чтобы быть обнаруженными предложенным методом. Это означает, что соотношение 12CO/13CO в настоящее время недостаточно информативно, чтобы сообщить нам что-либо конкретное об условиях формирования отдельных планет.
|
|
|
|
«По-прежнему сложно использовать 13CO в качестве индикатора формирования гигантских планет из-за сохраняющихся неопределенностей в моделях и измерениях», — говорит фон Штауффенберг.
|
|
|
|
Поэтому весьма вероятно, что астрономы упускают из виду некоторые важные физические процессы, управляющие химией льда CO в дисках, формирующих планеты. Таким образом, соотношение 12CO/13CO может мало что рассказать нам о различиях между более мягкими газовыми средами и холодной, насыщенной льдом CO областью. На данный момент, похоже, гигантские газовые планеты на широких орбитах отказываются раскрывать свое происхождение. Необходимы новые инструменты, способные различать сценарии формирования планет, и GRAVITY+ может сыграть важную роль в их поиске и оценке.
|
|
|
|
Источник
|
