Здесь рождаются экзолуны: астрономы впервые обнаружили газ в околопланетном диске возле молодой звезды

При помощи радиотелескопа миллимерового и субмиллиметрового диапазона ALMA астрономы впервые определили состав газа в околопланетном диске звёздной системы. Кроме того, наличие газа указывает на существование очень молодой экзопланеты возле звезды.

Здесь рождаются экзолуны: астрономы впервые обнаружили газ в околопланетном диске возле молодой звезды

Околопланетные диски — это смесь газа, пыли и другого «космического мусора» вокруг молодых планет. В этих дисках могут рождаться спутники планет — экзолуны, а также другие небольшие каменные тела (минилуны), а сами диски влияют на образование молодых планет-гигантов. Изучение таких дисков на ранних стадиях эволюции планетной системы позволит понять особенности формирования планетных космических тел и в Солнечной системе, включая, например, образование Галилеевых лун (четырёх самых крупных спутников Юпитера, открытых ещё в 1609 году при первых наблюдениях в телескоп). Эти спутники, как предполагается, тоже сформировались в околопланетном диске Юпитера 4,5 миллиарда лет назад.

Диски из пыли и газа возле молодых звёзд, в которых формируются экзопланеты, для астрономов — вполне привычные объекты, но здесь речь идёт об открытии такого образования не возле звезды, а внутри собственно диска, то есть о структуре меньшего масштаба, связанной с формированием экзопланеты и её спутников. Так, газопылевой диск возле звезды имеет размеры около 140 а.е. и обладает сложным строением — он сложен из нескольких концентрических колец с щелями между ними. Это как раз просматривается в субмиллиметровом диапазоне длин волн, с которым работает массив радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) в Чили, как видно на этом более раннем снимке звезды. Такие щели могут объясняться формированием планетной системы возле звезды: планеты «расчищают» пространство на своей орбите, притягивая к себе или выкидывая за пределы орбиты космический мусор. Планетарные структуры, то есть искомые околопланетарные диски, следовательно, можно обнаружить, если удастся поймать необычные линии излучения от таких пустот в газопылевом облаке звезды.

Здесь рождаются экзолуны: астрономы впервые обнаружили газ в околопланетном диске возле молодой звезды
Звезда AS 209 в созвездии Змееносца и её диск с многослойной структурой — снимок в субмиллимитровом диапазоне радиотелескопа ALMA

Звезда с обозначением AS-209 в созвездии Змееносца находится в 395 световых годах от нас. Она имеет массу немного больше массы Солнца и весьма молода (всего несколько миллионов лет). Астрономы обнаружили сгусток излученного света посреди щели в облаке газа, окружающем звезду. Таким образом удалось зафиксировать околопланетный диск, который сформировался, возможно, вокруг планеты с массой порядка массы Юпитера. Далее, радиодиапазон, в котором работает телескоп ALMA, является идеальным для исследования молекулярного состава газа. Так, удалось обнаружить линии излучения CO (угарного газа) нескольких изотопов углерода и кислорода. По их интенсивности можно даже сделать оценку температуры объекта. Из этого следует, что газовый диск имеет свой источник разогрева кроме звезды — вероятно, им и является молодая планета-газовый гигант. Хоть это не первый открытый планетарный диск, но первый такой объект, в котором удалось идентифицировать молекулы составляющего его газа. Статья группы исследователей из ALMA и NRAO (Национальной радиоастрономической обсерватории) об открытии вышла в августе 2022 года в The Astrophysical Journal Letters.

Звёздная система привлекает особое внимание астрономов, во-первых, из-за очень молодого возраста звезды, во-вторых, из-за необычного расстояния экзопланеты до звезды. Так, планета вращается на орбите на расстоянии 200 а.е. (астрономических единиц, то есть расстояний от Земли до Солнца). Это необычно много — так, Юпитер находится на расстоянии 5 а.е., а Нептун — «всего» 30 а.е. Формирование молодой планеты-газового гиганта на таком солидном расстоянии идёт вразрез с принятыми сегодня теориями формирования планет. Напомним, что значительное количество открытых экзопланет-гигантов — это «горячие Юпитеры», находящиеся близко к своей звезде, гораздо ближе, чем Меркурий отстоит от Солнца. Далее, если верны оценки возраста звезды в 1,6 миллиона лет, то эта её планета — одна из самых молодых открытых на сегодня экзопланет. Но для уверенного подтверждения открытия экзопланеты требуются дальнейшие наблюдения, и здесь астрономы возлагают надежду на телескоп Джеймса Уэбба, месяц назад начавший полноценные научные наблюдения.

Здесь рождаются экзолуны: астрономы впервые обнаружили газ в околопланетном диске возле молодой звезды
Молекулярный газ в околопланетном диске возле звезды AS 209 указывает на формирование очень молодой планеты — газового гиганта. Дополнительное излучение на частотах молекул CO исходит из щелей в газопылевом диске звезды, в которых могут формироваться планеты.

Околопланетные диски возле экзопланет — это объекты, о существовании которых астрономы давно подозревали, но до сих пор их не удавалось открыть. В 2019 году также на радиотелескопе ALMA удалось впервые обнаружить такой диск возле молодой экзопланеты PDS 70c, а в 2021 году — подтвердить открытие. AS 209 — это всего третья система, в которой на сегодня удалось подтвердить существование планетарного диска. В этот раз у околопланетного диска возле AS 209 удалось частично определить и его газовый состав. Поэтому наблюдения за этим объектом помогут узнать, как формируются атмосферы у экзопланет, а также как образуются их спутники — экзолуны. Напомним в этой связи, что подтверждённо открытых экзолун пока нет, но это не мешает теоретикам строить теории их образования, и даже рассуждать об их возможной обитаемости (об этом можно подробнее прочитать в недавней статье).

Подготовка материала: Сергей Шапиро

Ссылка на источник