Луны далеких миров: как ученые впервые увидели рождение спутника планеты

Международная команда астрономов отчиталась в журнале Astrophysical Journal Letters о замечательном открытии. Ученые обнаружили вокруг планеты PDS 70с, которая тысячекратно младше Земли, дискообразное облако вещества. Именно из таких дисков, как считают теоретики, образуются спутники планет. Таким образом, мы впервые можем наблюдать за рождением новых лун. Открытие примечательно еще и тем, что до сих пор ни у одной экзопланеты (планеты за пределами Солнечной системы) не были достоверно обнаружены спутники.

Как планеты обзаводятся семьями

В Солнечной системе восемь планет, и все они, кроме Меркурия и Венеры, имеют спутники. Планета может обзавестись компаньоном несколькими путями. Так, история образования Луны весьма драматична: согласно популярной среди специалистов теории, в молодую Землю некогда врезалась планета Тейя. Эта катастрофа выбросила в космос гигантские массы вещества, из которых и сформировалась Луна. Другой способ заполучить спутник — захватить своей гравитацией пролетающий мимо астероид (именно так, согласно одной из гипотез, появились луны Марса).

Свалка на орбите: почему космический мусор становится все опаснее

Однако большинство спутников в Солнечной системе, по мнению экспертов, зародились иначе. Они образовались из дискообразного облака вещества, окружавшего новорожденную планету. Такое облако называется околопланетным диском (circumplanetary disk). Этот процесс похож на формирование Солнечной системы в миниатюре, ведь и планеты возникают из протопланетных дисков, окружающих звезду.

Луны Солнечной системы появились миллиарды лет назад. Ученые могут строить теории о далеком прошлом и проверять их фактами настоящего. Но это не сравнится с возможностью буквально увидеть рождение новых спутников.

Нетривиальная задача

Однако Вселенная не ограничивается Солнечной системой. Сегодня астрономам известно почти 4800 экзопланет. Нет никакой причины, по которой планеты Солнца должны быть богаты спутниками, а миры других звезд — нет. Так что у многих экзопланет наверняка есть луны. Правда, проверить это при сегодняшнем уровне техники почти невозможно. Планеты малы по сравнению со звездами и не испускают собственного света, обнаруживать их — весьма нетривиальная задача. Именно поэтому подавляющее большинство известных экзопланет находится в радиусе всего лишь тысячи световых лет от Земли, хотя Галактика гораздо больше. Что уж говорить о наблюдении за спутниками, которые намного меньше самих планет. На сегодняшний день есть лишь немногие косвенные свидетельства существования экзолун.

Типовое жилье: насколько уникальна Солнечная система

Однако обнаружить огромный (хотя и разреженный) околопланетный диск гораздо проще, чем плотные маленькие луны, которые из него в итоге образуются. Именно это и удалось авторам недавнего исследования.

Новые планеты

Звезда PDS 70 находится почти в 400 световых годах от Земли. Она примечательна своей молодостью: ей (а значит, и ее планетам) всего-то около 5 млн лет. То есть система PDS 70 примерно в тысячу раз моложе Солнечной.

В 2018 году, наблюдая PDS 70 в инфракрасных лучах, астрономы обнаружили планету PDS 70b. При этом использовался VLT — самый большой оптический и инфракрасный телескоп на Земле. Через год была открыта вторая планета системы — PDS 70c. Обе — гиганты, с массами 7±2 и 4±1 масс Юпитера, соответственно. Эти космические сестры стали одними из немногих экзопланет, которые можно буквально увидеть на изображениях, пусть даже и в инфракрасных лучах (в видимом же свете астрономам пока не удалось разглядеть вообще ни одну экзопланету). Обычно для открытия далеких миров используются более изощренные методы, связанные с влиянием планеты на родительскую звезду.

Более того, PDS 70b и PDS 70c — самые молодые из «сфотографированных» в инфракрасных лучах экзопланет и, по всей видимости, самые молодые планеты, в существовании которых ученые твердо уверены. Им всего 5 млн лет, их формирование даже еще не закончено. Поэтому эти объекты, строго говоря, нужно именовать протопланетами.

Две тысячи новых миров: что открыла космическая обсерватория TESS

Поясним, что астрономы наблюдают вокруг молодых звезд множество газопылевых дисков, в которых, вероятно, образуются планеты. Их так много, что для классификации изображений приходится привлекать волонтеров и искусственный интеллект. Но одно дело — увидеть диск, и совсем другое — сами образующиеся в нем протопланеты. Лишь изредка наблюдателям удается зафиксировать борозды, которые новорожденные миры прочерчивают в облаке газа и пыли. Но и эти структуры не обязательно говорят о существовании протопланет: следы в протопланетном диске могут образоваться и каким-нибудь другим образом.

А вот протопланеты системы PDS 70 видны на инфракрасных снимках. Неудивительно, что они привлекают самое пристальное внимание исследователей. Тщательно изучая эту систему, специалисты надеются вызнать секреты образования планет. И, похоже, ученые нашли больше, чем искали. Они обнаружили, что могут наблюдать еще и формирование лун планеты PDS 70c. По крайней мере, наблюдатели обнаружили околопланетный диск — предполагаемую колыбель новых спутников.

Дети новорожденных

В 2019 году астрономы обнаружили нечто похожее на околопланетный диск вокруг планеты PDS 70b. Эта команда использовала VLT и инфракрасные волны. В других исследованиях такой диск предположительно обнаруживался и вокруг второй планеты — PDS 70c. Но все эти данные были собраны на пределах возможностей инструментов и не выглядели достаточно убедительными.

На сей раз ученые использовали ALMA — телескоп, работающий на границе инфракрасного и радиодиапазонов. Инструмент улавливал тепловое излучение пыли, окружающей молодую звезду PDS 70 и все еще оседающей на ее формирующиеся планеты. Астрономы тщательно просканировали окрестности светила. Разрешение телескопа позволяло разглядеть детали размером в 1–2 астрономических единицы (а. е. — равна расстоянию от Земли до Солнца).

Никакого околопланетного диска вокруг мира PDS 70b не обнаружилось. Зато он нашелся вокруг планеты PDS 70c. Она, видимо, и стянула на себя своей гравитацией всю доступную пыль, оставив космическую сестру с носом. И на сей раз, впервые в истории, этот диск был обнаружен достаточно надежно.

Великий SKAO: зачем строится самый большой в мире телескоп

«Результат нашей работы — четкая регистрация диска, в котором могут образовываться спутники планеты, — отмечает первый автор работы Мириам Бенисти из Гренобльского университета во Франции и университета Чили. — Наши наблюдения на ALMA были выполнены с таким великолепным разрешением, что мы впервые смогли уверенно идентифицировать связанный с планетой диск и оценить его размеры».

Диаметр этого диска около 1,2 а.е. — примерно столько, сколько и ожидалось для околопланетного диска планеты с массой PDS 70c. Определить массу самого диска сложнее: оценки колеблются от 0,6 до 2,5 масс Луны. Этого хватило бы на один крупный спутник или на множество мелких.

Триумф или ошибка: как поиски воды на Марсе привели к неожиданному открытию

«Получается, что эта система предоставляет нам уникальную возможность наблюдать и изучать процессы формирования планет и их спутников», — подытоживает соавтор исследования Стефано Факкини из Европейской южной обсерватории.

Правда, ALMA не может разглядеть в околопланетном диске вокруг молодой экзопланеты сами зарождающиеся луны (если, конечно, они там действительно есть). Этот телескоп «видит» только диск как таковой. Однако астрономическая техника развивается. 30-40 лет назад открытие экзопланет казалось фантастикой, а сегодня оно стало обычным делом. Возможно, в ближайшие десятилетия зрение человечества станет достаточно острым, чтобы обнаружить и экзолуны.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

Самый богатый человек Земли Джефф Безос побывал в космосе. Фоторепортаж