Два спиральных рукава выходят из богатого газом диска вокруг SAO 206462, молодой звезды в созвездии Люпус. Это изображение, полученное телескопом Subaru и его инструментом HiCIAO, является первым, на котором показаны спиральные рукава околозвездного диска. На изображении прослеживается свет, излучаемый звездой и рассеянный на поверхности диска. Диаметр самого диска составляет около 14 миллиардов миль, что примерно в два раза больше орбиты Плутона в нашей Солнечной системе. Фото: NAOJ/Subaru.
Планеты формируются в дисках 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 удалось запечатлеть только две планеты в процессе формирования. Теперь астрономы направляют мощные инструменты на борту космического телескопа Джеймса Уэбба на протопланетные диски, чтобы попытаться найти ранние подсказки о том, как формируются планеты и как эти планеты влияют на их натальный диск.
Три исследования, проведенные Мичиганским университетом, Университетом Аризоны и Университетом Виктории, объединили изображения JWST с предыдущими наблюдениями, сделанными космическим телескопом Хаббл и Большой миллиметровой решеткой Атакамы (ALMA) в Чили. Основываясь на дополнительных наблюдениях, команда использовала JWST для наблюдения за протопланетными дисками HL Tau, SAO 206462 и MWC 758 в надежде обнаружить какие-либо планеты, которые могут формироваться.
В статьях, опубликованных в «Астрономическом журнале», исследователи собрали воедино ранее невидимые взаимодействия между диском, формирующим планету, и оболочкой из газа и пыли, окружающей молодые звезды в центре протопланетных дисков.
Чтобы поймать планету
Исследование UM, проведенное астрономом UM Габриэле Куньо, нацелило JWST на диск, окружающий протозвезду под названием SAO 206462. Там исследователи потенциально нашли планету-кандидата в процессе формирования в протопланетном диске, но это была не та планета, которую они изучали. ожидал найти.
«Некоторые симуляции предполагают, что планета должна находиться внутри диска, массивная, большая, горячая и яркая. Но мы этого не нашли. Это означает, что либо планета намного холоднее, чем мы думаем, либо она может быть скрыта какими-то материал, который мешает нам его увидеть», — сказал Куньо, также соавтор всех трех статей. «То, что мы обнаружили, — это другой кандидат на планету, но мы не можем сказать со 100% уверенностью, является ли это планетой или слабой фоновой звездой или галактикой, загрязняющей наше изображение. Будущие наблюдения помогут нам понять, на что именно мы смотрим».
Астрономы наблюдали диск в прошлом, в частности, с помощью космического телескопа Хаббла, телескопа Субару, Очень большого телескопа и ALMA. Эти наблюдения показывают диск, состоящий из двух сильных спиралей, которые, вероятно, были запущены формирующейся планетой. Планета, которую ожидала найти команда УМ, относится к типу газовых гигантов, планет, состоящих в основном из водорода и гелия, похожих на Юпитер в нашей Солнечной системе.
«Проблема в том, что все, что мы пытаемся обнаружить, в сотни тысяч, если не в миллионы раз тусклее звезды», — сказал Куньо. «Это все равно, что пытаться обнаружить маленькую лампочку рядом с маяком».
Чтобы более внимательно изучить диск, команда использовала на JWST инструмент под названием NIRCam. NIRCam обнаруживает инфракрасный свет, и астрономы использовали этот инструмент, используя технику, называемую угловой дифференциальной визуализацией. Этот метод можно использовать 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 выделяет линию излучения на определенных длинах волн», — сказал Куньо. «Мы используем набор узкополосных фильтров, чтобы попытаться обнаружить эту аккрецию. Это делалось и раньше с земли на оптических длинах волн, но это первый раз, когда это делается в инфракрасном диапазоне с помощью JWST».
Впечатление этого художника показывает образование планеты-газового гиганта, заключенной в пылево-газовом диске в пылевом кольце вокруг молодой звезды. Исследование Мичиганского университета, возглавляемое астрономом UM Габриэле Куньо, нацелило космический телескоп Джеймса Уэбба на протопланетный диск, окружающий протозвезду под названием SAO 206462, в надежде найти газовую планету-гигант в процессе формирования. Фото: ESO/L. Кальсада
Изображение «сырого материала» планет
В статье Университета Виктории, которую возглавляет студентка-астроном Кэмрин Маллин, описываются 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, падающего 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 и промежутков масштаба Солнечной системы, в которых могут находиться планеты.
«Хотя существует масса доказательств продолжающегося формирования планет, HL Tau слишком молод, и у него слишком много пыли, чтобы увидеть планеты напрямую», — сказал Джаррон Лейзенринг, главный исследователь исследовательской кампании по поиску формирующихся планет и астроном Университета. Обсерватории Стюарда в Аризоне. «Мы уже начали изучать другие молодые системы с известными планетами, чтобы составить более полную картину».
Однако, к удивлению команды, JWST раскрыл неожиданные детали другой особенности: по словам Лейзенринга, протозвездной оболочки, которая, по сути, представляет собой плотный поток пыли и газа, окружающий молодую звезду, которая только начинает объединяться. Под действием гравитации вещество межзвездной среды падает внутрь звезды и диска, где служит сырьем для планет и их предшественников.
Исследование Университета Аризоны, возглавляемое Кевином Вагнером, научным сотрудником НАСА Хаббла/Сагана в Обсерватории Стюарда Университета Аризоны, изучило протопланетный диск MWC 758. Как и в случае с SAO 206462, предыдущие наблюдения команды под руководством Университета Аризоны выявили формирование спиральных рукавов в диске, что намекает на то, что на массивной планете, вращающейся вокруг своей родительской звезды.
Хотя во время последних наблюдений в диске не было обнаружено ни одной новой планеты, исследователи говорят, что чувствительность является новаторской, поскольку позволяет им накладывать самые строгие ограничения на предполагаемые планеты. Во-первых, результаты исключают существование дополнительных планет во внешних областях MWC 758, что соответствует единственной планете-гиганту, движущей спиральными рукавами.
«Отсутствие планет, обнаруженных во всех трех системах, говорит нам о том, что планеты, вызывающие дыры и спиральные рукава, либо слишком близки к своим звездам, либо слишком слабы, чтобы их можно было увидеть с помощью JWST», — сказал Вагнер, соавтор всех трех исследований. . «Если последнее верно, то это говорит нам о том, что они имеют относительно небольшую массу, низкую температуру, окутаны пылью или какой-то комбинацией этих трех факторов — как, вероятно, имеет место в случае с MWC 758».
Поиски формирующихся планет продолжаются
Уловить планеты в процессе формирования важно, потому что астрономы могут собрать информацию не только о процессе формирования, но и о том, как химические элементы распределяются по планетной системе.
«Только около 15 процентов звезд, таких как Солнце, имеют планеты, подобные Юпитеру. Очень важно понять, как они формируются и развиваться, и усовершенствовать наши теории», — сказал UM Майкл Мейер, астроном UM и соавтор всех трех исследований. «Некоторые астрономы полагают, что эти газовые планеты-гиганты регулируют доставку воды к скалистым планетам, образующимся во внутренних частях дисков».
По словам Мейера, знание того, как газовые гиганты формируют эти диски, поможет астрономам в конечном итоге понять свойства и эволюцию протопланетных дисков, которые позже дают начало скалистым планетам, похожим на Землю.
«Практически в каждом диске, который мы наблюдали с достаточно высоким разрешением и чувствительностью, мы видели большие структуры, такие как разрывы, кольца и, в случае SAO 206462, спирали», — сказал Куньо. «Большинство, если не все, эти структуры можно объяснить образованием планет, взаимодействующих с материалом диска, но существуют и другие объяснения, не предполагающие присутствия планет-гигантов.
«Если нам удастся, наконец, увидеть эти планеты, мы сможем связать некоторые структуры с образующимися спутниками и связать процессы формирования со свойствами других систем на гораздо более поздних стадиях. Мы сможем, наконец, соединить точки и понять, как планеты и планетные системы развиваются по мере эволюции». целое.»
Информация от: Мичиганским университетом
