Группа астрономов предполагает, что огромные спиральные узоры, наблюдаемые вокруг некоторых новорожденных звезд, возраст которых составляет всего несколько миллионов лет (около одного процента возраста нашего Солнца), могут быть свидетельством присутствия гигантских невидимых планет. Эта идея не только открывает двери для нового метода обнаружения планет, но также может предложить взгляд на ранние годы формирования планет.
Хотя астрономы внесли в каталоги тысячи планет, вращающихся вокруг других звезд, самые ранние стадии формирования планет неуловимы, потому что зарождающиеся планеты рождаются и внедряются в огромные блинообразные диски из пыли и газа, окружающие новорожденные звезды, известные как околозвездные. диски.
Вывод о том, что планеты могут выдавать свое присутствие, видоизменяя околозвездные диски в больших масштабах, основан на подробном компьютерном моделировании эволюции газово-пылевых дисков вокруг новорожденных звезд, которое было проведено двумя стипендиатами NASA Хаббла, Рубингом Донгом. из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Чжаохуан Чжу из Принстонского университета. Их исследование было опубликовано в выпуске The Astrophysical Journal Letters от 5 августа.
Трудно увидеть предполагаемые планеты внутри яркого диска, окружающего молодую звезду. Основываясь на этом исследовании, мы убеждены, что планеты могут гравитационно возбуждать структуры в диске. Так что, если вы можете идентифицировать особенности диска и убедить сами эти особенности созданы основной планетой, которую вы не можете видеть, это было бы дымящимся пистолетом для формирования планет», - сказал Донг.
Идентификация крупномасштабных объектов, созданных планетами, предлагает еще один метод обнаружения планет, который сильно отличается от всех других методов, используемых в настоящее время. Этот подход может помочь астрономам находить формирующиеся в настоящее время планеты и выяснять, когда, как и где формируются планеты.
Промежутки и кольца, наблюдаемые в других околозвездных дисках, указывают на невидимые планеты, встроенные в диск. Однако пробелы, предположительно сметенные гравитацией планеты, часто не помогают показать местоположение планеты. Кроме того, поскольку несколько планет вместе могут открывать один общий промежуток, очень сложно оценить их количество и массу.
Наземные телескопы сфотографировали два крупномасштабных спиральных рукава вокруг двух молодых звезд, SAO 206462 и MWC 758. Несколько других ближайших звезд также демонстрируют более мелкие спиралевидные детали. «Как они создаются, до сих пор оставалось большой загадкой. Ученым было трудно объяснить эти особенности», - сказал Донг. Если бы диски были очень массивными, у них было бы достаточно собственной гравитации, чтобы стать нестабильными и образовать волнообразные узоры. Но диски вокруг SAO 206462 и MWC 758, вероятно, составляют всего несколько процентов массы центральной звезды и, следовательно, не являются гравитационно-нестабильными.
Команда создала компьютерную симуляцию динамики диска и того, как излучение звезды распространяется через диск со встроенными планетами. Это моделирование создало спиральные структуры, очень похожие на наблюдения. Взаимное гравитационное взаимодействие между диском и планетой создает области, в которых плотность газа и пыли увеличивается, подобно тому, как на загруженной скоростной автомагистрали движение задним ходом. Дифференциальное вращение диска вокруг звезды размывает эти сверхплотные области в спиральные волны. Хотя предполагалось, что планеты могут создавать спиральные рукава, теперь мы думаем, что знаем, как это сделать.
«Моделирование также предполагает, что эти спиральные рукава содержат богатую информацию о невидимой планете, раскрывая не только ее положение, но и ее массу», - сказал Чжу. Моделирование показывает, что если бы планеты не было, диск выглядел бы гладким. Чтобы увидеть масштабные спиральные рукава в системах SAO 206462 и MWC 758, невидимая планета должна быть массивной, по крайней мере, в 10 раз больше массы Юпитера, самой большой планеты в нашей Солнечной системе.
Первая планета, вращающаяся вокруг обычной звезды, была идентифицирована в 1995 году. Благодаря наземным телескопам и миссии НАСА «Кеплер» на сегодняшний день каталогизировано несколько тысяч экзопланет. Но поскольку планеты находятся в зрелых системах, которым много миллионов или несколько миллиардов лет, они не дают прямых указаний на то, как они образовались.
«Существует много теорий о том, как формируются планеты, но очень мало работ, основанных на прямых наблюдениях, подтверждающих эти теории», - сказал Донг. «Если вы видите признаки планеты на диске прямо сейчас, это говорит вам, когда, где и как формируются планеты».
Астрономы будут использовать будущий космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба для исследования околозвездных дисков и поиска особенностей, смоделированных в результате моделирования, а затем попытаются непосредственно наблюдать предсказанную планету, вызывающую волны плотности.