Астрономы научились находить невидимые планеты по их следам в космической пыли

Поиск экзопланет — планет, обращающихся вокруг других звёзд, — остаётся одним из самых быстро развивающихся направлений современной астрономии. За последние десятилетия учёные обнаружили тысячи таких миров, однако большинство из них были найдены косвенными методами. Многие экзопланеты невозможно увидеть напрямую даже с помощью самых мощных телескопов. Они слишком тусклые и находятся слишком близко к ярким звёздам, свет которых полностью скрывает планеты от наблюдателей.

Тем не менее астрономы продолжают находить новые способы изучения этих невидимых объектов. Недавнее исследование показало, что присутствие планет можно определить по своеобразным «отпечаткам», которые они оставляют в окружающих звезду дисках из газа и пыли. Такие структуры способны рассказать не только о существовании планеты, но и о её массе, положении и особенностях орбиты.

Почему молодые звёзды окружены дисками

Практически каждая молодая звезда появляется внутри огромного облака газа и пыли. После формирования светила часть вещества остаётся на орбите вокруг него, образуя так называемый протопланетный диск.

Именно в таких дисках рождаются будущие планеты. Частицы пыли постепенно сталкиваются друг с другом, объединяются в более крупные объекты, формируют планетезимали, а затем и полноценные планеты.

Подобные диски могут существовать миллионы лет. За это время внутри них происходят сложные процессы перераспределения вещества. В результате появляются кольца, промежутки, спиральные структуры и другие особенности, которые астрономы способны наблюдать с помощью современных телескопов.

Особенно важную роль в изучении таких объектов играет радиотелескопическая обсерватория ALMA, расположенная в чилийской пустыне Атакама. Благодаря её высокой чувствительности исследователи получили возможность рассматривать детали протопланетных дисков с беспрецедентной точностью.

Планеты оставляют следы ещё до того, как их удаётся увидеть

Одной из главных проблем современной астрономии является тот факт, что молодые планеты практически невозможно наблюдать напрямую.

Даже если планета уже сформировалась, её размеры остаются слишком малы по сравнению с масштабами диска. Кроме того, яркость молодой звезды значительно превосходит свет, отражаемый планетой.

Однако планета оказывает мощное гравитационное воздействие на окружающее вещество. По мере движения по орбите она изменяет распределение газа и пыли вокруг себя.

Подобно тому как корабль создаёт волны на поверхности воды, планета вызывает возмущения внутри диска. Со временем эти возмущения формируют заметные структуры, которые можно зарегистрировать дистанционно.

Фактически учёные получают возможность изучать не саму планету, а последствия её присутствия.

Космические кольца как карта скрытых миров

Одним из наиболее распространённых признаков существования планет считаются кольца и промежутки в протопланетных дисках.

Когда молодая планета движется по своей орбите, её гравитация постепенно очищает окружающее пространство от части вещества. В результате формируется своеобразная щель внутри диска.

Снаружи и внутри такой области начинают накапливаться частицы пыли, создавая яркие концентрические кольца.

На протяжении многих лет астрономы подозревали, что именно планеты ответственны за появление большинства подобных структур. Однако доказать это было непросто. Некоторые особенности могли возникать и по другим причинам, связанным с магнитными полями, турбулентностью газа или физическими свойствами пылевых частиц.

Новое исследование позволило значительно приблизиться к решению этой проблемы.

Отпечатки планет в пылевых структурах

Учёные создали детальные компьютерные модели взаимодействия планет с окружающими их дисками. Затем результаты моделирования сравнили с реальными наблюдениями молодых звёзд.

Оказалось, что различные планеты оставляют вполне характерные следы в распределении пыли.

Масса планеты влияет на ширину образующихся промежутков. Расстояние до звезды определяет положение колец. Несколько планет способны создавать сложные системы концентрических структур, напоминающие отпечатки пальцев.

Исследователи пришли к выводу, что наблюдаемые особенности дисков могут использоваться как своеобразные «подписи» скрытых планет.

Это особенно важно в тех случаях, когда сама планета остаётся недоступной для прямого наблюдения.

Когда невидимый объект можно изучать почти напрямую

До недавнего времени астрономы в основном использовали два метода поиска экзопланет.

Первый основан на регистрации небольших падений яркости звезды во время прохождения планеты по её диску. Второй связан с измерением слабых колебаний звезды под воздействием гравитации планеты.

Оба метода позволяют подтвердить существование мира за пределами Солнечной системы, но далеко не всегда дают полную информацию о процессе его формирования.

Изучение протопланетных дисков открывает новые возможности. Теперь учёные могут наблюдать самые ранние этапы развития планетных систем, когда планеты ещё только растут и продолжают накапливать вещество.

Фактически исследователи получают возможность увидеть процесс рождения планет почти в реальном времени по космическим меркам.

Молодые системы помогают понять историю Солнечной системы

Одной из главных целей подобных исследований является понимание того, как возникла наша собственная планетная система.

Сегодня от древнего протопланетного диска, окружавшего молодое Солнце, не осталось практически никаких следов. Поэтому учёные вынуждены изучать аналогичные процессы вокруг других звёзд.

Каждый новый диск с кольцами и промежутками становится своеобразной машиной времени, позволяющей заглянуть в прошлое Солнечной системы.

Сравнивая наблюдения с компьютерными моделями, исследователи могут выяснить, каким образом формировались орбиты планет, как происходило накопление вещества и почему планетные системы приобретают столь разнообразный вид.

Некоторые звёзды обладают компактными системами с множеством близко расположенных планет. Другие имеют гигантские миры на удалённых орбитах. Изучение следов в дисках помогает понять причины этих различий.

Новое направление поиска экзопланет

Современная астрономия постепенно переходит от простого обнаружения экзопланет к детальному изучению их происхождения.

Если раньше основной задачей было найти новую планету, то теперь исследователей интересует весь процесс её формирования. Именно поэтому наблюдения протопланетных дисков приобретают всё большее значение.

Структуры из газа и пыли вокруг молодых звёзд фактически превращаются в архивы, где сохраняется информация о формирующихся мирах. Анализируя кольца, промежутки и другие особенности этих дисков, астрономы могут получать сведения о планетах, которые ещё невозможно увидеть напрямую.

Каждое новое наблюдение показывает, что даже невидимые объекты способны оставлять заметные следы своего присутствия. Благодаря развитию высокоточных телескопов и методов компьютерного моделирования учёные всё лучше читают эти космические «отпечатки пальцев», постепенно раскрывая тайны рождения планетных систем во Вселенной.

Источники:
Статья создана по материалам Space.com