Астрономы, во главе которых стоит группа исследователей из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге (Германия), получили эффектное изображение планеты, формирующейся в газопылевом диске вокруг молодой карликовой звезды PDS 70. Используя инструмент SPHERE, смонтированный в ESO на Очень Большом Телескопе (VLT) — один из самых мощных в мире специализированных приемников для поиска планет — международный научный коллектив впервые уверенно зарегистрировал молодую планету PDS 70 b, прокладывающую себе путь в массе протопланетного материала вокруг молодой звезды. Изображения диска и планеты, а также спектр планеты получены в рамках двух обзорных программ наблюдений: программы поиска экзопланет в инфракрасном диапазоне SHINE (SpHere INfrared survey for Exoпланетs) и программы поиска околозвездных дисков DISK. 

Программа SHINE предполагает получение с приемником SPHERE высококонтрастных и с высоким угловым разрешением изображений 600 молодых окрестных звезд в ближнем инфракрасном диапазоне с целью обнаружить новые экзопланеты и планетные системы и измерить их характеристики. Программа DISK направлена на изучение известных молодых планетных систем и околозвездных дисков с целью исследования начальных условий образования планет и эволюции структуры планетных систем.

Приемник SPHERE также позволил исследователям измерить яркость планеты на различных длинах волн, из чего удалось вывести некоторые характеристики планетной атмосферы.

Выполненные наблюдения дают отчетливо выделяющееся изображение планеты в виде яркой точки на фоне затемненного центра поля, где маскировано изображение материнской звезды. Планета отстоит от центральной звезды примерно на три миллиарда километров, что приблизительно равно расстоянию от Урана до Солнца. Анализ наблюдений показывает, что PDS 70 b является гигантской газовой планетой с массой в несколько раз больше, чем у Юпитера. Ее поверхность имеет температуру около 1000°C, что гораздо выше, чем у любой планеты нашей Солнечной системы.

Темная область в центре снимка – результат применения коронографа – маски, которая блокирует ослепительный свет центральной звезды и позволяет астрономам зарегистрировать гораздо более слабые изображения диска и планетного компонента системы. Без этой маски слабое свечение планеты было бы полностью неразличимо на фоне яркого сияния звезды PDS 70.

“Известно, что в дисках вокруг молодых звезд рождаются планеты, но до сих пор было всего несколько случаев наблюдений, в которых там были зарегистрированы признаки существования новорожденных планет, – рассказывает Мириам Кепплер (Miriam Keppler), руководитель группы, открывшей формирующуюся планету PDS 70. – Большинство этих кандидатов в планеты могут в конечном счете оказаться просто неоднородностями яркости дисков”.

Значение открытия молодого планетного компонента системы PDS 70 еще и в том, что этот научный результат уже инициировал дальнейшие исследования. Другая группа ученых, в которую вошли многие астрономы из группы, зарегистрировавшей новую планету, в том числе и сама Кепплер, в течение последних нескольких месяцев продолжила первоначальные наблюдения планеты в окрестности PDS 70 в больших подробностях. На этот раз астрономы не только получили замечательно ясное изображение новой планеты, которое приводится здесь, но и смогли записать ее спектр, анализ которого показал, что астмофера планеты облачная.

Планетный компонент системы PDS 70 сформировал вокруг звезды так называемый «переходный диск» — протопланетный диск с гигантской «дырой» в центре. Такие внутренние промежутки в протопланетных дисках наблюдаются уже несколько десятилетий, и уже давно предполагалось, что они образуются в результате взаимодействия дисков с протопланетами. Теперь мы впервые видим такую планету.

“Результаты группы Кепплер открывают новое окно в сложный и еще мало понятный нам мир ранних стадий эволюции планет, – говорит Андре Мюллер (André Müller), руководитель второй исследовательской группы, изучавшей молодую планету. – Нам необходимо наблюдать планеты в дисках вокруг молодых звезд, чтобы лучше понять процессы образования планет”. Определяя физические характеристики планет и параметры их атмосфер, астрономы тестируют теоретические модели формирования планет.

Заглянуть внутрь наполненной пылью колыбели планеты было возможно только благодаря великолепным техническим возможностям приемника ESO SPHERE, который специально предназначен для исследования экзопланет и дисков вокруг близлежащих звезд методом высококонтрастных изображений. Это задача исключительной трудности: даже при условии блокирования света материнской звезды при помощи коронографа, для наблюдений с приемником SPHERE все равно должны тщательно разрабатываться специальные наблюдательные стратегии и методики обработки данных, которые позволяют выделить слабый сигнал от планетного компонента яркой молодой звезды на различных длинах волн и в различные моменты времени.

Для выделения слабого сигнала от планеты на фоне близкой яркой звезды, астрономы используют сложный метод, основанный на вращении Земли. Приемник SPHERE в течение нескольких часов непрерывно получает изображения звезды, при тщательном поддержании стабильности положения инструмента. За это время планета, медленно вращаясь, изменяет свое положение по отношению к звездному гало – ореолу, окружающему материнскую звезду. Применяя изощренные численные алгоритмы, астрономы затем накладывают друг на друга полученные изображения таким образом, что все части изображения, выглядящие неподвижными, и прежде всего сигнал от самой звезды, отфильтровываются. Остаются только движущиеся элементы, и планета становится видимой.

Томас Хеннинг (Thomas Henning), директор Института астрономии Макса Планка и руководитель обеих групп, подводит итог этого научного достижения: “После более, чем десяти лет титанических усилий по построению этого супервысокотехнологичного устройства, SPHERE позволяет нам собирать богатый урожай на поле исследования новорожденных планет!”

Источник: пресс-релиз Южно-Европейской обсерватории