Перепись экзопланет в настоящее время насчитывает 5599 подтвержденных открытий в 4163 звездных системах, еще 10 157 кандидатов ожидают подтверждения. На данный момент подавляющее большинство из них было обнаружено с использованием косвенных методов, включая транзитную фотометрию (74,4%) и измерения лучевой скорости (19,4%). Только девятнадцать (или 1,2%) были обнаружены с помощью Direct Imaging — метода, при котором свет, отраженный от атмосферы или поверхности экзопланеты, используется для ее обнаружения и характеристики. Благодаря последнему поколению высококонтрастных инструментов с высоким угловым разрешением ситуация начинает меняться.
Это включает в себя Космический телескоп Джеймса Уэбба а также его сложные зеркала и усовершенствованный набор инфракрасных изображений. Используя данные, полученные УэббС помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) астрономы с помощью обзора среднего инфракрасного диска MIRI (MINDS) недавно изучили очень молодую переменную звезду (PDS 70) на расстоянии около 370 световых лет от нас с двумя подтвержденными протопланетами. Изучив систему и ее обширный диск обломков, они обнаружили доказательства существования третьей возможной протопланеты, вращающейся вокруг звезды. Эти наблюдения могут помочь улучшить наше понимание планетных систем, которые все еще находятся в процессе формирования.
Исследование MINDS — это международное сотрудничество, состоящее из астрономов и физиков из Института астрономии Макса Планка (MPIA), Астрономического института Каптейна, Института космических исследований Австрийской академии наук (OAW-IFW), Института Макса Планка. Институт внеземной физики (MPE), Центр астробиологии (CAB), Национальный институт астрофизики (INAF), Дублинский институт перспективных исследований (DIAS), Нидерландский институт космических исследований SRON и несколько университетов. Статья, описывающая их выводы, появится в журнале. Астрономия и астрофизика.
PDS 70 стала предметом интереса в последние годы из-за своего молодого возраста (от 5,3 до 5,5 миллионов лет) и окружающего ее протопланетного диска. В период с 2018 по 2021 год на основе данных прямых изображений, полученных с помощью сложных наземных телескопов, было подтверждено наличие двух планет-протопланет в промежутках этого диска. Сюда входили инструменты Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) и GRAVITY на Очень Большом Телескопе ESO (VLT) и Большой Атакамской Решетке Миллиметра/Субмиллиметрового диапазона (ALMA).
В последние годы команда MINDS использовала спектральные данные Уэбба для проведения химической инвентаризации протопланетных дисков в нескольких звездных системах. В предыдущем исследовании, основанном на данных УэббС помощью инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI) команда MINDS обнаружила воду во внутреннем диске PDS 70, расположенном примерно в 160 миллионах км (100 миллионов миль) или 1,069 а.е. от звезды. Эта находка может иметь значение для астробиологии и астрономии. происхождение воды на каменистых планетах (таких как Земля). Эти результаты продемонстрировали впечатляющие возможности Уэбба и то, как он может наблюдать космос в инфракрасных (ИК) длинах волн, недоступных для наземных обсерваторий.
Валентин Кристианс, постдокторант FRS-FNRS в Льежском университете и Левенском университете, был ведущим автором этой последней статьи. «Преимущество инструментов Уэбба в том, что они ведут наблюдение в инфракрасных длинах волн, которые невозможно наблюдать с земли из-за нашей атмосферы, которая поглощает большую часть инфракрасного спектра», — сообщил он Universe Today по электронной почте. «Благодаря Уэббу мы можем получать измерения формирующихся планет (называемых протопланетами) в инфракрасном диапазоне, что позволяет нам лучше ограничить наши модели формирования планет».
В своем последнем исследовании команда MINDS изучила PDS 70, используя данные из УэббNIRCam в рамках программы MIRI Guaranteed Time Observations при формировании планет. Кристианс и его команда были заинтересованы в дальнейшем изучении PDS 70, поскольку предыдущие исследования указывали на возможное обнаружение третьей протопланеты. Это делает систему идеальной лабораторией для изучения взаимодействия планет и дисков и поиска признаков аккреции. Наличие возможного третьего сигнала было обнаружено в 2019 году командой, использующей инструмент VLT/SPHERE, но с тех пор оставалось неподтвержденным.
Одна из возможных интерпретаций этого сигнала заключалась в том, что он следует за третьей планетой. Используя данные NIRCam, Кристианс и его коллеги попытались повторно обнаружить этот сигнал и подтвердить, что это была третья планета в системе. JWST особенно хорошо подходит для этой задачи благодаря своей усовершенствованной оптике и коронографу, который устраняет помехи в изображениях Уэбба, блокируя свет звезды. Ему и его коллегам также помогли усовершенствованные алгоритмы, которые помогают отделять звездный свет от других точечных источников на орбите (например, экзопланет) и дисков обломков. Как объяснил Кристианс:
«Наблюдение за другой звездой, называемой опорной звездой, можно использовать для вычитания света от интересующей звезды и поиска там экзопланет. Вместо этого в нашем исследовании мы выбрали метод, называемый «вычитанием рулона», при котором две последовательности изображений интересующей звезды делаются до и после поворота инструмента соответственно, так что положение экзопланеты поворачивается в двух направлениях. последовательности изображений. Отсюда, вычитая изображения одной последовательности из изображений другой и наоборот, мы можем эффективно избавиться от света звезды и создать изображения ее окружения — планет и диска».
Затем команда объединила свои измерения с предыдущими наблюдениями, сделанными с помощью наземных инструментов, и сравнила их с моделями формирования планет. Исходя из этого, они смогли сделать вывод о количестве накопившегося газа и пыли вокруг протопланеты за период наблюдения. Качество изображений также позволило им выделить спиральный рукав газа и пыли, питающий второго подтвержденного кандидата (PDS 70 c), как и предсказывали модели. Наконец, они обнаружили яркий сигнал, соответствующий кандидату в протопланеты, окутанному пылью.
«Что делает этого кандидата таким интересным, так это то, что он может находиться в резонансе 1:2:4 с планетами b и c, что уже подтверждено в системе (т. е. его орбитальный период будет почти точно в два и четыре раза короче, чем у b). и c соответственно)», — сказал Кристианс. Именно это происходит с тремя галилеевыми спутниками Юпитера (Ганимед, Европа и Ио), которые также находятся в резонансе 1:2:4. Возможность существования звездной системы с тремя планетами в таком орбитальном соотношении стала бы золотой жилой для астрономов. «Однако, прежде чем этот резонанс можно будет подтвердить, необходимы дополнительные наблюдения», — добавил Кристианс.
Помимо демонстрации возможностей Уэбба, эти результаты могут помочь в нашем нынешнем понимании того, как формируются и развиваются планетные системы. Это одна из основных целей JWST: использовать свою передовую инфракрасную оптику для исследования молодых звездных систем, где планеты все еще находятся в процессе формирования. Это было первоочередной задачей астрономов с тех пор, как Кеплер начал обнаруживать экзопланеты, которые бросали вызов широко принятым теориям о том, как формируются и развиваются планетные системы. В частности, обнаружение многих газовых гигантов, вращающихся близко к своим солнцам («Горячие Юпитеры»), противоречило теориям о том, что газовые гиганты формируются на внешних границах звездных систем.
Наблюдая за молодыми звездными системами на разных стадиях формирования, астрономы надеются проверить различные теории о том, как возникла Солнечная система. Как резюмировал Кристианс:
«Считается, что миграция планет играет решающую роль в эволюции планетных систем и помогает объяснить разнообразие систем, обнаруженных на сегодняшний день, косвенными методами. Было обнаружено, что во многих зрелых системах планеты резонируют друг с другом, что позволяет предположить, что эта миграция действительно имела место в прошлом. В нашем случае мы наблюдаем очень молодую систему, все еще находящуюся в стадии формирования, где две известные планеты-гиганты, кажется, находятся в резонансе и где третья потенциальная планета, если это подтвердится, также будет находиться с двумя другими. В случае с Солнечной системой мы подозреваем, что миграция и резонансный захват планет-гигантов, вероятно, также имели место очень давно. [which could] объяснить их текущую конфигурацию (гипотеза Великого курса). Здесь мы потенциально наблюдаем это вживую в другой системе!»
Дальнейшее чтение: arXiv
