Наблюдения, проведенные космическим аппаратом «Джеймс Уэбб», позволили провести детальный анализ формирования экзопланет вокруг молодой звезды PDS 70, расположенной на расстоянии около 370 световых лет от Земли в созвездии Центавра. Эта звездная система, возраст которой оценивается примерно в 5 миллионов лет, уже давно изучается на предмет наличия большого протопланетного диска, в котором были идентифицированы две формирующиеся экзопланеты: PDS 70 b и PDS 70 c.
Одним из наиболее интересных аспектов этой системы является центральная полость в околозвездном диске — особенность, которая предполагает активный процесс планетарной аккреции. Однако предыдущие наблюдения с помощью оптических и радиотелескопов, включая радиотелескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и VLT (Very Large Telescope), не давали столь детальной картины распределения газа и пыли и взаимодействия между звездой и ее зарождающимися экзопланетами.
Используя прибор NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph) телескопа «Уэбб», исследовательская группа под руководством Дори Блейкли, аспиранта Университета Виктории, применила инновационную интерферометрическую технику под названием Aperture Masking Interferometry (AMI). Этот метод позволил получить изображения высокого разрешения, уменьшив яркость центральной звезды и улучшив возможность наблюдения важнейших деталей диска и формирования планет.
Новые наблюдения высокого разрешения с помощью «Уэбба»
Главное новшество в этом исследовании заключается в способности «Джеймса Уэбба» вести наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с беспрецедентным разрешением. Команда использовала NIRISS в режиме AMI, применяя систему маскировки для устранения интенсивной яркости центральной звезды и получения более четких изображений окружающих объектов.
Эта техника особенно эффективна для изучения протопланетных дисков и формирующихся планет, поскольку позволяет детально проанализировать самые слабые структуры и динамические явления, происходящие во внутренней области системы PDS 70. В ходе наблюдений были обнаружены сгустки пыли и газа, которые могут представлять собой материалы, находящиеся в процессе агрегации для рождения новых планетарных тел.
Кроме того, с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области удалось определить химический состав диска и обнаружить спектроскопические сигнатуры ключевых молекул, таких как угарный газ (CO), водяной пар и сложные углеводороды. Присутствие этих соединений говорит о том, что две формирующиеся экзопланеты накапливают летучий материал, что крайне важно для понимания разнообразия атмосфер газовых гигантов и каменистых планет.
Многоволновое изображение системы PDS 70 показывает динамическое взаимодействие между формирующимися экзопланетами (PDS 70 b и c) и их окружением. Данные с ALMA и «Джеймса Уэбба».
Изображения, полученные с помощью «Уэбба», также подтвердили наличие аккреционной области вокруг PDS 70 c, что указывает на то, что планета все еще собирает массу из окружающего диска. Это ключевой результат, поскольку он дает прямое доказательство планетарной аккреции в реальном времени — явления, которое до сих пор лишь гипотетически предполагалось во многих молодых звездных системах.
Формирование экзопланет вокруг звезды PDS 70
Еще один ключевой аспект, выявленный в ходе наблюдений, касается структуры околозвездного диска PDS 70. Наличие большой центральной полости говорит о том, что гравитационное взаимодействие двух планет существенно повлияло на распределение материи в диске.
Это явление известно как взаимодействие диск-планета и является одним из фундаментальных процессов в формировании и эволюции планетарных систем.
Теоретическое моделирование предсказывает, что когда массивная планета формируется внутри протопланетного диска, она может открыть бреши в диске под действием своей гравитации. Именно это и наблюдалось в PDS 70: центральная полость, вероятно, образовалась в результате совместного действия PDS 70 b и c, которые увеличивают массу и удаляют материал из диска.
Особенно интересной особенностью является возможное наличие спиральных структур и газовых потоков внутри диска, что может указывать на присутствие других формирующихся объектов, например спутников или малых планет.
На изображении показано положение экзопланет PDS 70 b (юго-восток) и PDS 70 c (запад) вокруг звезды PDS 70 (желтая в центре). Пунктирные линии указывают на неопределенность их положения, а серые круги показывают позиции, предсказанные предыдущими исследованиями. Темная область в центре — это область, не проанализированная из-за инструментальных ограничений.
Последствия для формирования планет
Наблюдения показывают, что околопланетный материал вокруг PDS 70 c может даже привести к образованию экзопланетного спутника — явление, которое, если подтвердится, станет важным шагом в изучении условий, необходимых для формирования естественных спутников.
Наконец, изучение PDS 70 имеет глубокие последствия для нашего понимания формирования планет в космосе. Поскольку наша Солнечная система формировалась в схожих условиях, анализ молодых систем, подобных PDS 70, позволяет проверить теоретические модели рождения планет и оценить условия, которые могут привести к развитию систем, подобных нашей собственной.
Аппарат «Уэбб» с его беспрецедентными наблюдательными возможностями будет и дальше играть решающую роль в этих исследованиях, предоставляя все более подробные данные о том, как формируются и эволюционируют планеты в первые миллионы лет жизни звездной системы.
С исследованием, опубликованным в журнале The Astronomical Journal, можно ознакомиться здесь.
Читайте все последние новости астрономии на New-Science.ru