Космічному телескопу «Габбл» спільно з телескопом Субару першими вдалося отримати пряме зображення екзопланети, яку утворила гравітаційна нестабільність протопланетного диска. В системі АВ Візничого знайшли екзопланету-гігант на ранній стадії її формування, однак замість «традиційної» акреції ядра, планета утворилася одразу з тіла планетарної маси завдяки гравітаційному колапсу диска. Через це її «відкинуло» на 93 астрономічні одиниці від своєї батьківської зорі. Вже зараз планета вдев'ятеро перевищує за масою нашого газового гіганта Юпітер. Стаття опублікована у Nature Astronomy.
Зображення протопланети, отримане інструментами на борту «Габбла» і обсверваторії Субару. NASA, ESA, Thayne Currie (Subaru Telescope, Eureka Scientific Inc.)
Як з'являються газові гіганти?
Більшість відомих нам планет сформувалася завдяки акреції ядра: у газопиловому диску зірки з'являються тіла зі зліплених частинок пилу, які долаючи певний поріг маси, утворюють «основу» для планети, на яку вона вже накопичує собі матеріал. І величезні водневі чи гелієві атмосфери, подібно як у Юпітера чи Сатурна, можуть з'явитися у ході накопичення газу із протопланетного диска. Такий сценарій підходить майже всім з п'яти тисяч відомих екзопланет, якщо вони обертаються на відстані від свого світила не більшій за 30 астрономічних одиниць.
Однак навколо набагато більших за Юпітер планет-гігантів, яких «віднесло» від своєї батьківської зірки більш ніж на 50 астрономічних одиниць, досі точаться дискусії. Річ у тім, що достатньо масивний для їх появи протопланетний диск розсіюється швидше, а тому знайдені подібні планети просто не встигнули б накопичити собі стільки матеріалу, тим паче настільки віддаленими від своєї зірки. І тому для них існує альтернативний механізм формування: швидкий процес гравітаційного колапсу протопланетного диска. У такому випадку необхідно, щоб маса протопланетного диска була настільки великою, щоб це змусило його частину схлопнутись під дією гравітації і утворити тіло планетарної маси.
Втім, досі в астрономів не було жодного прямого доказу існування утворених таким чином протопланет, що допомогло б розібратися у ключових етапах «збирання» екзопланет-гігантів. І автори цієї роботи, астрономи Національної астрономічної обсерваторії Японії спільно з американськими колегами, знайшли протопланету у системі АВ Візничого, яка стане прямим свідченням такому механізму появи планет. У відкритті взяли участь японський наземний оптичний телескоп Субару та американський космічний телескоп «Габбл».
Де народилася планета?
АВ Візничого — це молода зірка віком 2-4 мільйони років на відстані 520 світлових років від Сонця. Приблизно такого віку було і наше Сонце, коли почала формуватися Сонячна система. Вона привертає увагу астрономів як еталонний об'єкт для дослідження формування планет, адже газопиловий диск навколо неї простягається на кілька сотень астрономічних одиниць. Багаторічні спостереження показали, що у внутрішній частині протопланетного диска можна розрізнити дві спіральні газові структури, які могли утворити планети у 30 та 60-80 астрономічних одиницях від світила.
Цього разу АВ Візничого досліджували за допомогою архівних і нових спостережень телескопів «Габбл» та Субару, що і допомогло знайти яскраве джерело випромінювання на відстані 93 астрономічних одиниць на південь від зірки. Знахідка підтвердилася у даних за чотири роки спостережень різних апаратів на борту «Габбла» і Субару.
Названа AB Aurigae b планета вже вдев'ятеро перевищила Юпітер за масою, а відстань до її батьківської зірки майже вдвічі більша, ніж відстань від Плутона до Сонця. На такій відстані AB Aurigae b знадобилися б мільйони років, щоб сягнути розмірів Юпітера шляхом акреції ядра. Тому, вочевидь, вона з'явилася завдяки альтернативному механізму, а саме — гравітаційній нестабільності протопланетного диска. Згідно з моделюванням, включно з атмосферою радіус новонародженої планети складає 2,75 радіуса Юпітера, а ефективна температура — 2200 кельвінів. При цьому планета не припиняє нарощування матеріалу і акреціює його зі швидкістю 1,1x10-6 маси Юпітера в рік.
Положення планети порівняно з розміром орбіти Нептуна. T. Currie/Subaru Telescope
Прямі зображення планет, які все ще формуються, вбудованих в диски навколо своїх молодих батьківських зірок, можуть дати важливу інформацію про те, де і як формуються подібні на Юпітер планети-гіганти по всьому Всесвіту. І доказ наявності принаймні однієї протопланети навколо AB Візничого є саме таким.
Також раніше ми розповідали про ще одну планету-гіганта на великій відстані від своєї зірки — майже вшестеро більша за Юпітер YSES 2 знаходиться на відстані 115 астрономічних одиниць від свого світила. А майже вдесятеро більша за Юпітер екзопланета з'явилася на відстані 560 астрономічних одиниць від свого парного світила — двох зірок загальною масою у десять сонячних.