Астрономы спешат сделать снимок экзопланеты возле звезды

Вверху и посередине: изображения F200W (слева) и F356W (справа) AF Lep. AF Lep b не восстанавливается надежно (>5σ) ни в фильтре, ни в эпохе. Каждое изображение свернуто с гауссовым фильтром со стандартным отклонением 1 пиксель. Круги обозначают ожидаемое положение AF Lep b в каждой эпохе. Несовпадение коронографической маски и звезды-хозяина для каждого набора данных включено в этот прогноз. Внизу: левая и средняя панели показывают полнокадровое изображение F444W AF Lep для каждой последовательности. На этом изображении не видно никаких значимых точечных источников на более широких расстояниях. Артефакт к северо-востоку от звезды на изображении за октябрь 2023 года является артефактом космических лучей, который не появляется на изображении за январь 2024 года. Правая панель показывает наше новое изображение Keck/NIRC2 L′ AF Lep b. Для сглаживания попиксельного шума изображение сворачивается с помощью фильтра Гаусса со стандартным отклонением 1,5 пикселя. Кругом выделено ожидаемое положение планеты. AF Lep b восстанавливается при S/N 6,6σ. Автор: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad736a

Планета AF Lep b — это мир новинок. В 2023 году она стала самой маломассивной планетой за пределами нашей солнечной системы, которую можно было наблюдать напрямую, и ее массу можно было измерить с помощью астрометрии. Это метод, который отображает тонкие движения звезды-хозяина на протяжении многих лет, чтобы получить представление о вращающихся вокруг нее спутниках, включая планеты.

AF Lep b, которой 23 миллиона лет, является относительно молодым газовым гигантом. (Для сравнения, Юпитеру 4,6 миллиарда лет.) Это делает его ярким, а значит, прекрасным кандидатом для наблюдения. Однако команде, которая хотела узнать больше о планете, во главе с аспирантами Кайлом Фрэнсоном из Техасского университета в Остине и Уильямом Балмером из Университета Джонса Хопкинса, пришлось поторопиться, чтобы запечатлеть ее. Это связано с тем, что она приближается к своей звезде по своей орбите. Чем ближе она становится, тем сложнее ее будет наблюдать.

«AF Lep b находится прямо на внутренней границе обнаружения. Несмотря на свою необычайную чувствительность, JWST меньше наших крупнейших телескопов на земле», — пояснил Фрэнсон. «И мы ведем наблюдение на более длинных волнах, из-за чего объекты выглядят более размытыми. Становится трудно отделить один источник от другого, когда они кажутся так близко друг к другу».

Более того, JWST использует коронограф для наблюдения за планетами вблизи их звезд. Это инструмент, который блокирует свет звезды, чтобы можно было увидеть близлежащие объекты. На угловом расстоянии AF Lep b от своей звезды коронограф блокирует более 90% света планеты. По мере приближения планеты к своей звезде все больше и больше ее света будет блокироваться.

«Принято считать, что JWST более чувствителен к планетам с меньшей массой на широких орбитах, чем наземные установки, но до его запуска не было ясно, будет ли он конкурентоспособен на малых расстояниях», — сказал Брендан Боулер, астроном из Техасского университета и соавтор исследования. «Мы действительно доводим приборы до предела».

AF Lep b требуется около 25 лет, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды. Хотя в теории астрономы могли бы сделать снимок с другой стороны звезды, когда она снова станет видна, может пройти больше десятилетия, прежде чем это станет возможным.

Чтобы не упустить эту возможность, команда подала заявку на Director's Discretionary Time (и получила его). Это время на телескопе, которое зарезервировано для критических, срочных наблюдений. Заявки на получение наблюдательного времени на JWST являются конкурентоспособными, тем более под этим специальным обозначением.

«Это первая программа Director's Discretionary Time, которую ведут аспиранты», — сказал Боулер. «И это одна из немногих программ в области экзопланет».

«Это нечто, что два аспиранта способны освоить все эти невероятные технологические инновации», — добавил Лоран Пуэйо, астроном из Научного института космического телескопа и соавтор статьи.

Команда стремилась узнать больше об атмосфере AF Lep b, поскольку редкость прямого наблюдения планет с массой, схожей с массой газовых гигантов в нашей собственной солнечной системе. Согласно их наблюдениям, у нее очень активная атмосфера, а конвекционные потоки смешивают элементы между нижними и верхними уровнями.

«Мы наблюдали гораздо больше оксида углерода, чем изначально ожидали», — пояснил Балмер. «Единственный способ доставить газ такого типа в верхние слои атмосферы планеты — это сильные восходящие потоки».

Хотя узнавать больше о AF Lep b очень интересно, сама возможность делать подобные наблюдения заслуживает особого внимания.

«В целом, эти данные были получены на втором году работы JWST. Нам предстоит еще многое», — сказал Боулер. «Речь идет не только о планетах, о которых мы знаем сейчас. Речь идет также о планетах, которые мы вскоре откроем. Это предвещает некоторые из захватывающих работ, которые мы увидим в ближайшие годы».

Больше информации: Kyle Franson et al, JWST/NIRCam 4–5 μm Imaging of the Giant Planet AF Lep b, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad736a

Источник: University of Texas at Austin