Современная астрономия постоянно расширяет наши знания о Вселенной и процессах, происходящих в ней. Одним из наиболее захватывающих направлений исследований является изучение формирования планет вокруг молодых звезд. Недавнее открытие международной команды ученых, возглавляемой исследователями университета Кембриджа, проливает свет на то, как могут скрываться гигантские планеты в густых и плотных протопланетарных дисках, создавая впечатление пустоты и тумана вокруг звезды. Объектом подробного изучения стала молодая звезда MP Mus, находящаяся на расстоянии световых лет от нас. Ранее астрономы предполагали, что вокруг MP Mus отсутствуют планеты, так как её протопланетарный диск выглядел ровным и без признаков формирования новых тел.
Такие диски состоят из газа, пыли и ледяных частиц — именно из них формируются будущие планеты. Наблюдения, проведённые с помощью телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), не показывали никаких существенных зазоров или отверстий, которые обычно служат признаками наличия молодых формирующихся планет. Тем не менее, учёные понимали, что возраст диска MP Mus – около 7-10 миллионов лет – должен был уже дать начало процессу планетообразования. Новые исследования, проведённые в 2023 году с использованием более длинноволновых диапазонов ALMA, позволили взглянуть намного глубже и более детально на структуру диска. Оказалось, что внутри почти однородного ранее диска скрывалось несколько зазоров, среди которых выделялась внутренняя полость, невидимая на более коротких волнах.
Именно эти образования свидетельствуют о присутствии крупного объекта, способного влиять на материю вокруг себя гравитационным воздействием. Параллельно с астрономами Кембриджа, исследователь из Европейской южной обсерватории Мигель Виоке анализировал данные миссии Gaia — космического аппарата, разрабатываемого Европейским космическим агентством для создания точной трёхмерной карты нашей галактики. Его работа показала, что звезда MP Mus демонстрирует своеобразное «качание» — небольшое отклонение в движении, характерное для звезды, вокруг которой вращается массивный спутник. Объединив результаты двух обсерваторий и проведя моделирование, учёные пришли к выводу, что это качание вызвано воздействием гигантской газовой планеты, масса которой составляет от трёх до десяти масс Юпитера. Планета расположена на расстоянии примерно в один-три астрономических единицы от звезды, что примерно соответствует расстоянию Земли или Марса от Солнца.
Таким образом, впервые удалось подтверждённо обнаружить экзопланету, скрытую внутри протопланетарного диска, используя сочетание данных высокоточных измерений движения звезды и глубоких радионаблюдений диска. Это открытие имеет огромное значение для науки. Оно демонстрирует, что даже в тех случаях, когда протопланетарные диски кажутся однородными и не имеют видимых признаков образования планет, гиганты могут скрываться в их густой «тумани». Метод, основанный на совместном анализе данных с ALMA и Gaia, открывает новые возможности для поиска молодых планет, которые были ранее недоступны традиционным способам наблюдения. Ранее было всего несколько убедительных подтверждений существования таких молодых планет, а теперь возможно значительно расширить список изучаемых объектов.
Процесс формирования планет в протопланетарных дисках известен как аккреция ядер. Гравитация заставляет мельчайшие частицы газа и пыли слипаться и образовывать постепенно увеличивающиеся тела. Со временем из этих частиц формируются астероиды, планеты и спутники. Формирующиеся планеты начинают влиять на окружающий материал, создавая углубления и зазоры — как царапины на виниловой пластинке. Чем более плотный и старый диск, тем более заметны эти признаки.
Но если газ и пыль настолько плотные, что мешают наблюдениям, традиционные методы могут не уловить их наличие. В этом случае на помощь приходят более сложные методики и разнообразие наблюдений. Выбор длинноволнового диапазона для наблюдений с ALMA позволил загадочно спрятанным структурам проявиться, поскольку длинные волны лучше проникают сквозь пыль, раскрывая настоящую карту протопланетарного диска. Это помогло астрономам изучить внутренние области идеально ровного ранее диска и увидеть новые данные о его структуре. Совместный анализ с данными Gaia, предоставившей информацию о едва заметном движении звезды, подтвердил признаки присутствия массивного спутника.
Это открытие не только демонстрирует эффективность нового комплексного подхода, но и заставляет пересмотреть понимание процесса формирования планет в нашей галактике и за её пределами. Раньше считалось, что наблюдать молодые планеты сложно из-за помех, создаваемых диском. Сейчас стало понятно, что важна не только длина волны наблюдений, но и сочетание точных измерений звездных движений с высокочувствительной картографией дисков. Перспективы будущих исследований выглядят многообещающими. В ближайшем будущем планируется модернизация ALMA, а также запуск проекта следующего поколения массивов радиотелескопов, таких как ngVLA, которые позволят значительно углубить наши знания о формирующихся системах.
Благодаря этим инструментам мы сможем не просто находить больше скрытых гигантов, но и лучше понимать, как существует и развивалась наша Солнечная система. Исследования молодой звезды MP Mus и обнаружение вокруг неё скрытого гиганта сразу же стали одним из ключевых шагов в европейской и мировой астрономии. Эта работа получила поддержку в рамках европейской программы Horizon, Европейского исследовательского совета и Британского совета по научным и технологическим исследованиям, что подчеркивает её научное значение. Открытие, ознаменованное публикацией в престижном журнале Nature Astronomy, символизирует новый этап в изучении космоса. Применение современных телескопов и космических миссий, а также интеграция данных разных источников предоставляют возможность заглянуть в самые потаенные уголки далеких систем, формирующихся миллиард лет назад и, возможно, схожих с нашим родным миром.
В целом, результаты описывают увлекательный процесс поиска гигантских планет, скрывающихся в густой среде протопланетарных дисков, расширяя понимание о том, как природа строит планетные системы. Эта работа не только важна для фундаментальной науки, но и вдохновляет на новые открытия вне пределов нашей Солнечной системы, раскрывая тайны рождения небесных гигантов и их роли в космической эволюции.
