Космический телескоп сделал снимок молодого мира, который вырос, поглощая мусор

Фото из открытых источников

В своем первом открытии экзопланеты космический телескоп JWST НАСА обнаружил самый маленький мир, который когда-либо наблюдался напрямую: далекая планета примерно такого же размера, как Сатурн, согласно опубликованному в Nature отчету. Планета, по-видимому, вращается внутри кольцевых промежутков в диске пыли и мусора, окружающих ее молодую родительскую звезду, что убедительно подтверждает мнение астрономов о том, что растущие планеты вырезают промежутки, гравитационно захватывая материал.

«Здесь вырисовывается правдоподобная картина, и я думаю, она убедительна», — говорит астроном Саша Хинкли из Эксетерского университета, не принимавший участия в исследовании.

Астрономы открыли около 6000 экзопланет, но подавляющее большинство из них было обнаружено косвенно, либо через колебание положения звезды, вызванное гравитацией планеты, либо через падение яркости звезды, когда планета проходит перед ней. Напротив, только несколько десятков планет были обнаружены напрямую — как правило, молодые, гигантские миры, в несколько раз превышающие массу Юпитера, все еще светящиеся от тепла формирования и поэтому яркие в инфракрасном диапазоне.

Чтобы увидеть эти экзопланеты, астрономы должны оснастить свои телескопы коронографом, маской, которая блокирует блики звезды-хозяина, которые в противном случае заглушали бы излучение ее планет. Наземные телескопы добились определенного успеха с этим методом, но не могут получать изображения планет, меньших, чем примерно две массы Юпитера, говорит Хинкли. Это потому, что атмосфера Земли также светится в инфракрасном диапазоне, заглушая слабые планетарные сигналы. Были большие надежды, что космический JWST обнаружит больше. Он также способен обнаруживать более длинноволновый средний инфракрасный свет, который атмосфера Земли в основном блокирует. Более холодные, меньшие экзопланеты светятся на этих длинах волн.

В новом исследовании группа под руководством Анн-Мари Лагранж из Парижской обсерватории исследовала связь между молодыми планетами и протопланетными дисками, из которых они формируются. В последние годы телескопы, такие как Atacama Large Millimeter/submillimeter Array в Чили, показали, что диски вокруг молодых звезд часто отмечены темными пробелами, предположительно, работой прожорливой планеты. Но никто еще не находил планету внутри такого пробела.

Лагранж и ее коллеги изучали звезду TWA 7 возрастом 6,4 миллиона лет, которая находится на расстоянии 110 световых лет от Земли и находится относительно близко к ней. В 1998 году космический телескоп Хаббл обнаружил диск вокруг TWA 7, а более поздние наблюдения Очень Большого Телескопа (VLT) в Чили выявили два широких разрыва в диске, обрамляющих узкое яркое кольцо материала. Команда наблюдала систему в июне 2024 года с помощью инструмента JWST в среднем инфракрасном диапазоне на длине волны 11 микрометров, что очень трудно увидеть с Земли.

Команда обнаружила яркий источник на таком расстоянии от звезды, которое поместило бы его прямо на путь яркого узкого кольца, примерно в 52 раза больше расстояния между Солнцем и Землей. Исключив другие возможности — объекты Солнечной системы, звезды Млечного Пути, фоновые галактики — команда пришла к выводу, что яркий источник должен быть планетой, получившей название TWA 7 b.

После открытия команда изучила последние изображения системы, полученные с VLT, которые выявили разрыв в узком кольце прямо в месте расположения планеты. Моделирование системы с использованием данных как с VLT, так и с JWST предполагало планету с массой 30% от массы Юпитера, светящуюся при относительно комфортной температуре от 30°C до 60°C. Моделирование также подтверждает идею о том, что планета подобрала материал и создала разрывы внутри и снаружи своей орбиты, оставив узкое кольцо мусора, которое разделяет ее орбиту — точно так же, как троянские астероиды, которые разделяют орбиту Юпитера. «Это, вероятно, одна из самых красивых иллюстраций этого явления за пределами нашей Солнечной системы», — говорит Лагранж.

Лагранж ожидает, что JWST сделает еще много подобных открытий, поскольку меньшие планеты, вероятно, будут более многочисленными, чем крупные. По ее словам, задача «будет заключаться в выборе правильных целей, поскольку время JWST очень драгоценно». В то же время она и ее команда планируют подробно изучить диск TWA 7, чтобы лучше понять процесс формирования планет. «Для этой системы это только начало».