Более четкое изображение: оптический инструмент показывает фотографии «детских планет»

Пылевые пончики: Художественное представление системы PDS 70 с протопланетами, каждая из которых окружена пылевыми кольцами, освещенными звездным светом. Сами планеты (не в масштабе) имеют тонкие кольца плазмы, нагретые примерно до 14 000 градусов по Фаренгейту, которые светятся в красной линии излучения H-альфа. Автор: Emmeline Close and Laird Close

С возрастом солнца более 4,5 миллиардов лет наша солнечная система считается «средневозрастной», и фотографии того, как она могла выглядеть в младенчестве, утеряны со временем. Используя сложный адаптивный оптический инструмент, группа астрономов из Университета Аризоны провела наблюдения, которые раскрывают беспрецедентные детали планет, когда они очень молоды.

Инструмент, получивший название Magellan Adaptive Optics Xtreme, или MagAO-X, наблюдал за двумя молодыми планетами, вращающимися вокруг PDS 70, очень молодой звезды возрастом 5 миллионов лет в созвездии Центавра, находящейся в 370 световых годах от Земли.

Опубликованные в The Astronomical Journal наблюдения впервые показывают компактные кольца пыли, окружающие «молодые планеты», которые, вероятно, дадут начало лунам. Команда также наблюдала поразительные изменения в яркости планет, явные признаки бурной молодости системы.

Благодаря деформируемому зеркалу, которое быстро меняет свою форму, MagAO-X корректирует атмосферные искажения способом, напоминающим процесс фильтрации шума шумоподавляющими наушниками.

«Это действительно большой прорыв в технологиях», — сказал Лэрд Клоуз, профессор астрономии в обсерватории Стюарда в Научном колледже Университета Альберты, добавив, что изображения превосходят разрешение космических телескопов, включая 2,4-метровый космический телескоп «Хаббл» и космический телескоп Джеймса Уэбба.

В паре с 6,5-метровым телескопом Магеллана в обсерватории Лас-Кампанас в Чили этот инструмент работает как «адаптивная оптическая система», то есть он корректирует турбулентность в атмосфере, которая затрудняет астрономические наблюдения. По сути, система устраняет «мерцание» звезд, позволяя телескопу делать изображения, которые могут соперничать с изображениями оптического космического телескопа.

«Форма зеркала меняется со скоростью, сравнимой с изменением рецепта очков 2000 раз в секунду», — сказал Клоуз. «Поскольку наша технология устраняет возмущения из атмосферы, это немного похоже на то, как если бы вы взяли 6,5-метровое зеркало телескопа и поместили его в открытый космос, щелкнув кнопкой компьютерной мыши.

«Этот уровень разрешения показал особенности вокруг этих планет в невероятных деталях», — добавил он. «Чтобы дать вам представление о разрешении, представьте, что я стою в Фениксе, а вы — в Тусоне. С MagAO-X вы сможете увидеть, держу ли я одну монету в четверть доллара или две с расстояния в 125 миль».

Астрономы полагают, что в период своего младенчества наша солнечная система могла напоминать уменьшенную версию планетной системы PSD 70. Звезда окружена гигантским диском из газа и пыли в форме блина. Интересно, что диск отмечен большим свободным от пыли промежутком, что намекает на планеты.

«Множественные массивные планеты действуют как метлы или пылесосы», — сказал Клоуз. «Они в основном разбрасывают пыль и расчищают большой зазор, который мы наблюдаем в этом огромном диске газа и пыли, окружающем звезду».

Планеты-младенцы, известные как протопланеты, встречаются очень редко, и планеты PDS 70 b и c — единственные такие планеты, хорошо известные астрономам из 5000 подтвержденных экзопланет. По словам исследовательской группы, разработка более четких изображений протопланет и пыли вокруг них является ключом к пониманию того, как формируются планеты и их луны.

Хотя планеты в PSD 70 уже содержат массу, в несколько раз превышающую массу Юпитера, им всего около 5 миллионов лет, что означает, что они все еще растут. По мере того, как планеты набирают массу из своего «облака рождения», на них падают «водопады» водородного газа, объяснил Клоуз.

Когда это происходит, планеты светятся в так называемом спектре H-альфа — длине волны света, излучаемой водородом, находящимся в определенном возбужденном состоянии из-за ударного нагрева газа, ударяющегося о поверхность планеты.

«Использование этой особой длины волны света позволяет MagAO-X эффективно ограничивать шум и различать протопланеты и окружающие их объекты или артефакты изображений», — пояснил Клоуз.

«Мы впервые можем видеть кольца пыли, окружающие протопланеты, которые становятся видимыми благодаря яркому свету звезд, отражающемуся от них», — добавил Цзялинь Ли, докторант по астрономии и соавтор статьи.

В течение следующих нескольких миллионов лет пыль, скорее всего, сожмется и образует луны вокруг каждой из этих молодых планет.

Четкие изображения MagAO-X показали первое наблюдение молодых планет, резко меняющих яркость. Исследователи увидели, как одна из планет (PDS 70 b) потускнела до одной пятой своей первоначальной яркости всего за три года, в то время как другая (PDS 70 c) удвоила яркость, сказал Клоуз, объяснив, что быстрое изменение яркости в H-альфа может быть связано с изменениями в количестве водорода, который течет на планеты.

«По сути, одна из планет внезапно села на диету, в то время как другая пировала водородом», — сказал он.

Однако ученые пока не уверены, что именно является причиной столь резких изменений.

«Наша команда продолжит использовать MagAO-X для поиска большего количества протопланет вокруг других молодых звезд», — сказал Клоуз. «Хотя открытие этих протопланет находится на грани того, что технически возможно сегодня, по мере совершенствования технологий мы должны обнаружить больше таких систем в ближайшем будущем».

«Одна из наших главных целей — продемонстрировать, насколько хорошо эти наблюдения можно проводить с помощью наземных телескопов», — сказал Джаред Мейлс, главный исследователь MagAO-X и научный сотрудник обсерватории Стюарда.

«Мы всегда можем построить на Земле телескопы большего размера, чем в космосе, и этот результат показывает, насколько важно построить следующее поколение еще более крупных телескопов и оснастить их такими инструментами, как MagAO-X».

Больше информации: Laird M. Close et al, Three Years of High-contrast Imaging of the PDS 70 b and c Exoplanets at Hα with MagAO-X: Evidence of Strong Protoplanet Hα Variability and Circumplanetary Dust, The Astronomical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad8648

Источник: University of Arizona