В астрономии каждая новая находка играет важную роль в раскрытии тайн Вселенной и способствует развитию представлений о происхождении и эволюции планет. Недавнее опубликованное исследование в «Nature», посвящённое обнаружению субюпитерианской планеты в молодом пылевом диске вокруг звезды TWA 7, представляет собой значимый вклад в данную область. Это открытие стало возможным благодаря уникальным возможностям космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и его приборам, работающим в среднем инфракрасном диапазоне. Понимание деталей данной находки требует внимания к характеристикам звезды, особенностям её диска и техническим аспектам наблюдений, что и будет рассмотрено далее. Звезда TWA 7 относится к юной звёздной ассоциации Тва Хидры и имеет возраст около 6,4 миллиона лет.
По астрономическим меркам это совсем юный объект, находящийся на стадии формирующейся планетной системы. Масса звезды составляет примерно 0,46 солнечной массы, что делает её карликом красного спектрального класса. Интерес к данной звезде и её окрестностям обусловлен тем, что вокруг неё присутствует хорошо изученный пылевой диск с характерными кольцевыми структурами. Такие диски являются остатками протопланетных дисков и часто служат признаками процессов формирования или наличия планет. Диск вокруг TWA 7 был подробно изучен с использованием различных телескопов и инструментов.
Специфика в виде ориентации диска «на полюс» относительно наблюдателя даёт уникальную возможность исследовать распределение пыли и возможных объектов вокруг звезды без сильных проекционных искажений. В диске зафиксировано три кольца с разными радиусами: внутреннее кольцо около 28 астрономических единиц (а.е.), узкое кольцо на 52 а.е.
и более широкое кольцо на 93 а.е. Такие структуры предполагают наличие возмущающих тел, которые могут быть планетами или большими планетезималями, гравитационное воздействие которых формирует пробелы и плотностные скопления в дисковом материале. До тех пор, пока не был запущен телескоп Джеймса Уэбба, инструментальные возможности ограничивали обнаружение планет с массами ниже нескольких юпитерианских. Максимальное чувствительное пороговое значение составляло приблизительно 2-10 масс Юпитера в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах.
JWST со своей системой MIRI (Средне-Инфракрасным Инструментом) позволил значительно улучшить эту чувствительность, особенно в тепловом инфракрасном диапазоне, что критично для обнаружения холодных, слабосветящихся объектов в околозвёздных средах. С помощью MIRI на JWST были проведены коронографические наблюдения в фильтре F1140C с центральной длиной волны 11,3 микрометра. Они выявили три небольших источника в окрестностях звезды TWA 7. Один из них, расположенный примерно в 1,5 угловых секундах (что соответствует около 52 а.е.
по сделанным поправкам на проекцию), стал главной загадкой исследователей. Анализ спектральных характеристик, отсутствие движения, не соответствующее объектам внутри Солнечной системы, а также низкая вероятность того, что это может быть фоновая галактика со специфической спектроскопической подписью, подтолкнули команду к выводу о планетарной природе источника. Модельный анализ с использованием модели HADES, учитывающей эволюцию атмосферы и внутреннее тепло планеты, показал, что объект обладает массой примерно 0,3 массы Юпитера и эффективной температурой около 320 Кельвин. Такая температура указывает на холодное тело — возможно, субюпитерианский газовый гигант без значительного нагрева звёздным светом. Кроме того, это тело, по данным динамических симуляций, производит гравитационные возмущения, достаточно чтобы объяснить структуру кольцевых образований и их особенности, наблюдаемые в пылевом диске TWA 7.
Динамическое моделирование, проведённое с использованием прямого численного интегрирования движения планетезималей, подтвердило, что планета массой около 0,34 массы Юпитера, расположенная на круговой орбите около 52 а.е., может эффективно формировать устойчивое узкое кольцо с дефицитом материала непосредственно у своей орбиты. Это соответствует наблюдаемому кольцу R2 и подчёркнутой пустоте, или «пробелу», возле предполагаемой планеты. Такая картина характерна для систем, где планета заключила множество мелких тел в орбитальные резонансы, создавая характерные структуры в пылевом материале.
Критически важным аспектом исследования было исключение альтернативных вариантов происхождения источника. Возможность того, что это объект Солнечной системы, была отвергнута на основании отсутствия заметного смещения между сериями изображений, полученных с интервалом в часы, и анализа возможных скоростей и орбитального расположения гипотетических объектов. Аналоги предполагаемого «Планеты Девять» также не соответствовали характеристикам наблюдаемого сигнала. Гипотеза о фоновой галактике или активном галактическом ядре была подробно рассмотрена и подвергнута статистическим проверкам на основе шаблонных спектров известных галактик и вероятностей их встречи в поле зрения. Вероятность того, что такой источник окажется в пределах 1,5 угловых секунд от звезды, оценена как крайне низкая — порядка 0,34%.
При этом позиция объекта совпадает с дефицитным регионом в кольце пылевого диска, что дополнительно снижает вероятность случайного слияния. Таким образом, наиболее логичным объяснением обнаруженного источника является холодная субюпитерианская планета на ранней стадии своей эволюции. Наличие такой планеты важно по многим причинам. Прежде всего, это первый случай обнаружения объекта с массой значительно ниже классически доступных порогов инструментальной чувствительности в диске молодой звезды, что открывает новый этап исследований планетообразования. Кроме того, окружение TWA 7 создает прекрасные условия для изучения динамики формирующейся планетной системы в целом.
Будущее исследование будет направлено на более точное определение физико-химических характеристик планеты, таких как состав атмосферы, уровень металличности, а также уточнение орбитальных параметров, в частности эксцентриситета. Эти данные позволят понять не только механизмы формирования газовых гигантов вблизи молодых звёзд, но и условия, влияющие на развитие потенциально обитаемых миров. Недавние достижения в области космических технологий и астрономических инструментов, представленные телескопом Джеймса Уэбба, демонстрируют мощь новых методов в прямом визуальном обнаружении и анализе экзопланет. Открытие TWA 7b подчеркивает, что исследование молодого космоса становится доступным в невиданном ранее качестве, а возможности спектроскопического анализа в среднем инфракрасном диапазоне открывают путь к детальному познанию процессов, заложенных на ранних этапах эволюции планетных систем. Сохраняя фокус на перспективах, сегодняшние данные превосходят ожидания ученых и стимулируют дальнейшие наблюдения с JWST и другими передовыми инструментами.
Вскоре классификация и понимание субюпитерианских и даже меньших экзопланет станет более точной и глубокой, позволяя вывести современные теории планетообразования на новый уровень и приблизиться к решению самых важных загадок космоса.
