В концепции этого художника изображена система Beta Pictoris с обнаруженной гигантской экзопланетой Beta Pictoris d справа. У нее самая широкая орбита из трех известных экзопланет в системе. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, STScI, Ральф Кроуфорд (STScI)
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба, работающий в инфракрасном диапазоне, сумел выявить гигантскую экзопланету, скрывавшуюся в недрах одной из наиболее досконально исследованных планетных систем Млечного Пути. Как сообщает новостной сайт, ранее астрономам было известно, что у молодой звезды Бета Живописца обращаются две массивные планеты — Beta Pictoris b и Beta Pictoris c. Причем Beta Pictoris b входила в число первых экзопланет, когда-либо запечатленных напрямую с помощью телескопов. Недавно подтвержденная Beta Pictoris d увеличивает количество известных планет в этой системе до трех, что делает Beta Pictoris лишь второй планетной системой, где, как установлено, присутствуют как минимум три визуализированные планеты.
Примечательно, что первоначально астрономы не идентифицировали Beta Pictoris d как яркую точку света. Вместо этого они распознали ее по характерным химическим особенностям ее атмосферы. Исследователи подчеркивают, что подобный подход может открыть новый метод обнаружения планет вокруг других звезд, особенно в условиях, где пыль и обломки существенно затрудняют надежное наблюдение. «Это открытие добавляет еще один фрагмент к и без того детально проработанной планетарной системе», — отметил Эйдан Гиббс, ведущий автор нового исследования, опубликованного в Astrophysical Journal Letters и научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Бета Живописца долгое время служила лабораторией для понимания того, как формируются и эволюционируют планетные системы, и теперь у нас есть еще одна планета, помогающая нам рассказать эту историю».
Молодая планетная система, близкая к Земле
Бета Живописца расположена на расстоянии примерно 63 световых лет от Земли, а ее возраст оценивается приблизительно в 23 миллиона лет. Относительная молодость этой системы в сочетании с ее близостью предоставляет астрономам уникальную возможность наблюдать, как недавно сформировавшиеся планеты взаимодействуют с остаточными дисками, пылью и мусором, оставшимися после образования системы. По своим физическим характеристикам Beta Pictoris d обладает массой, как минимум вдвое превышающей массу Юпитера. Несмотря на это, она, судя по всему, является наименьшей из трех известных планет-гигантов, вращающихся вокруг этой звезды.
Компьютерное моделирование показывает, что планета, вероятно, движется вокруг Беты Живописца на расстоянии около 30 астрономических единиц. Это помещает ее в область, сопоставимую с положением Нептуна в нашей Солнечной системе. Из трех известных планет системы Beta Pictoris d обладает самой широкой орбитой, хотя она все еще находится внутри границы диска обломков.
Планета, обнаруженная случайно
Исследовательская группа не использовала Уэбба для поиска новой планеты. Beta Pictoris d появилась неожиданно, когда астрономы изучали атмосферу Beta Pictoris b с помощью инструмента NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона). Ученые задействовали блок Integral Field Unit этого прибора, который записывает как изображение, так и спектр для каждого пикселя. Спектр разделяет свет на составляющие его длины волны, что позволяет астрономам анализировать химический состав и движение удаленных объектов.
«Мы не искали новую планету, — пояснил Гиббс. — Мы пытались понять то, о существовании чего уже знали. Затем этот контрольный сигнал появился в данных там, где мы его не ожидали». Там, где исследователи ожидали увидеть плавный спектр, создаваемый светом, отражающимся от пыли, вместо этого они обнаружили набор пиков и провалов. Сигнал соответствовал линиям поглощения угарного газа, расположенным в последовательности, образующей своеобразный штрих-код, — такая картина обычно ожидается в атмосферах планет-гигантов.
Спектроскопия также позволила измерить скорость объекта, которая описывает его движение по отношению к наблюдателю. Ее скорость, местоположение и положение относительно диска обломков совпали с теми параметрами, которые ученые ожидали от планеты, вращающейся вокруг Беты Живописца. Эти измерения помогли исключить другие возможные объяснения, такие как далекая фоновая звезда или коричневый карлик, атмосфера которых также могла бы дать сходный сигнал.
Химические доказательства существования скрытого мира
«В процессе визуализации с помощью Integral Field Unit появился неожиданный запоминающийся источник света, но мы научились не доверять ярким пятнам на изображениях», — отметил Жан-Батист Р. Ученые подчеркивают, что именно анализ химических характеристик атмосферы позволил надежно идентифицировать Beta Pictoris d, несмотря на сложные условия наблюдения, связанные с обилием пыли и обломков в этой системе.
уффио, ученый-исследователь Калифорнийского университета в Сан-Диего и главный исследователь первых исследований Уэбба, во время которого было сделано это открытие. «Они могут быть инструментальными артефактами или другими структурами в диске обломков. Получив спектр одновременно с изображениями, мы смогли быстро оправдать наши подозрения».
Позднее астрономы провели наблюдение с помощью МИРИ Уэбба (прибор среднего инфракрасного сигнала) по запросу директора в другое время. Эти наблюдения обнаружили водяной пар и метан, что добавило дополнительные доказательства того, что объект был планетой, и раскрыло больше деталей о его атмосфере.
Этот метод дал исследователям решающую роль перед возвратом методов визуализации. С первого наблюдения они смогли не только установить, что объект был планетой, но и начать исследование химии его атмосферы и физических свойств.
«Спектр содержит невероятное количество информации», — сказал он. — сказал Руффио. «Вы не просто узнаете, что-то является планетой; вы сразу же начнете узнавать о его температуре, химическом составе и движении».
Независимые исследования изображений также подтвердили это открытие. Эту работу возглавили Бен Сатлифф из Эдинбургского университета и Маркус Бонс из южной южной обсерватории. Проведение наблюдений с помощью очень большого телескопа различных южных обсерваторий и камеры NIRCam (ближнего инфракрасного диапазона) Уэбба, исследователи независимо подтвердили существование Beta Pictoris d.
Поиск планеты сквозь космический туман
Бета Pictoris d в течение многих лет избегала обнаружения, поскольку она находится внутри одного из самых ярких дисков обломков, которые когда-либо наблюдали астрономи.
Пыль на диске рассеивает свет центральных звезд, создавая эффект, похожий на туман. Из-за этого блеска стандартными методами визуализации сложно отделить планету от узких пыльных структур и других источников света.
Спектроскопический метод Уэбба позволяет исследователям избежать большей части этой путаницы. Вместо того чтобы полагаться только на видимую яркость планеты, ученые выделили узкие молекулярные сигналы, характерные для планетарной атмосферы.
Присутствие Beta Pictoris d также может помочь астрономам понять необычный внешний вид системы обломков диска. Диск имеет четко очерченную внутреннюю поверхность, а также несколько других структур, которые трудно объяснить.
Астрономы ранее предположили, что неоткрытая планета, подобная Beta Pictoris d, может образовать диск и создать некоторые из этих планет. Его открытие теперь дает исследователям возможное объяснение необычной структуры диска.
Новый метод открытия экзопланеты
Это открытие не просто добавляет еще один мир в систему Beta Pictoris. Он неожиданно обнаружил экзопланету в пыльной и пыльной среде.
Бета Pictoris d — первая планета, полученная исходным изображением, обнаруженная в основном с помощью спектроскопии среднего разрешения. Результат показывает, что астрономы могут определять местонахождение миров, определяя молекулярные отпечатки их атмосферы, вместо того, чтобы полностью полагаться на традиционные коронографические изображения.
Эта возможность может оказаться особенно ценной, когда планета скрывается яркими дисками обломков или другими структурами, из-за которых их трудно различить на изображениях обычного телескопа.
Исследователи намерены продолжить исследование результатов Уэббы, чтобы уточнить данные о температуре, составе атмосферы и орбитах Beta Pictoris d. Эти исследования могут дать еще более детальное представление об одной из самых известных планетных систем нашего разума.
Расширенный взгляд на дальние миры
Космический телескоп Джеймса Уэбба — ведущая в мире космическая научная обсерватория. Уэбб раз придумывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает в далекие миры вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и структуру нашей Вселенной и наше место в ней. Уэбб — это международная программа, возглавляемая НАСА совместно с моими руководителями, ESA (Европейское космическое агентство) и CSA (Канадское космическое агентство).