Астрономы впервые зафиксировали падение газа на протопланету
С момента первого открытия экзопланеты возле звезды 51 Пегаса в 1995 году астрономия пережила революцию, перевернувшую наше понимание того, как устроены планетные системы. За последние три десятилетия было идентифицировано более шести тысяч миров за пределами Солнечной системы — от горячих юпитеров, расположенных вплотную к своим звездам, до ледяных гигантов, вращающихся на краю холодных систем, и даже «суперземель», чьи размеры и состав ставят под сомнение привычные представления о том, что такое «планета земного типа».
Эти открытия не просто расширили наш каталог: они разрушили старые модели формирования планет, показав, что природа способна создавать миры, совершенно непохожие на те, что мы знаем. Но если каждая новая экзопланета — это фрагмент пазла, то ключ к пониманию того, как эти фрагменты собираются воедино, лежит не в изучении уже сформированных миров, а в наблюдении за их рождением.
Именно там, в темных, вращающихся дисках газа и пыли, где материя медленно склеивается под действием гравитации, рождаются будущие планеты. Однако наблюдать этот процесс — задача невероятно сложная. Протопланеты, возраст которых составляет всего несколько миллионов лет, скрыты внутри плотных облаков материала, их свет затмевается яркостью родительской звезды, а сами они слишком малы и тусклы, чтобы быть замеченными обычными методами. До недавнего времени прямое обнаружение таких молодых миров было редкостью — лишь пара случаев, таких как PDS 70 b и c, или AB Aurigae b, давали нам возможность заглянуть в самые ранние этапы планетарной эволюции. И вот теперь, благодаря беспрецедентной чувствительности современных инструментов, ученым впервые удалось не просто увидеть протопланету — они зафиксировали ее рождение.
Международная группа исследователей из Астробиологического центра Токийского университета, Национальной астрономической обсерватории Японии, Университета Когакуин, Техасского университета в Сан-Антонио и Пекинского университета добилась прорыва, который может изменить представление о том, как формируются самые массивные планеты. Используя спектрограф MUSE на Очень большом телескопе (VLT) в Чили, команда обнаружила характерное излучение водорода — линию Hα (H-альфа) — исходящее прямо от протопланеты AB Aurigae b (AB Возничего b). Это не просто свет, отраженный от поверхности или рассеянный пылью. Это излучение, порожденное падением вещества с окружающего диска на саму протопланету, — прямое свидетельство аккреции, того самого процесса, посредством которого планета растет, «поглощая» газ и пыль из своего окружения.
Излучение Hα, которое ранее наблюдалось только у молодых звезд типа T Тельца, демонстрирует уникальный профиль типа P Cygni (P Лебедя) — сочетание смещения в красную и синюю части спектра, указывающее на движение вещества как к наблюдателю, так и от него. Такой сигнал — маркер активного поглощения материала, как будто протопланета «дышит» газом из своего диска. Для AB Aur b это особенно значимо, потому что она все еще полностью погружена в протопланетный диск, в отличие от PDS 70 b и c, которые уже проделали в нем огромные просветы. Это делает AB Aur b первым известным случаем, когда аккреция регистрируется у протопланеты, находящейся внутри диска, а не на его краях.
AB Aur b — гигант, масса которого в четыре раза превышает массу Юпитера, вращающийся на расстоянии 93 астрономических единицы от своей звезды. Для сравнения: Нептун находится на расстоянии всего 30 а.е. от Солнца, а Юпитер — на 5,2. Ни одна планета такой массы не образовалась так далеко у нас — и стандартные модели формирования планет через постепенное слияние мелких тел не могут объяснить, как могла возникнуть такая массивная планета на таком огромном расстоянии. Время, необходимое для сборки такого объекта из пылевых частиц, слишком велико — газ в диске давно бы рассеялся.
Однако наблюдаемый сигнал аккреции говорит о том, что AB Aur b, вероятно, сформировалась не поэтапно, а внезапно — в результате гравитационной нестабильности. Когда плотность газа в определенной области диска достигает критического порога, он начинает коллапсировать под собственной тяжестью, формируя планету почти мгновенно — буквально за сотни тысяч лет. Это механизм, который ранее считался возможным только для очень массивных дисков, и его подтверждение у AB Aur b открывает новую главу в понимании планетарного разнообразия.
Спектрограф MUSE сыграл решающую роль. Его способность одновременно получать спектроскопические изображения с высоким пространственным разрешением (0,3 угловых секунды) и спектральным разрешением λ/Δλ ~ 3000 позволила отделить слабое излучение протопланеты от фонового света диска. Условия видимости в Чили, где расположен VLT, оказались идеальными — атмосферная стабильность, отсутствие облачности и минимальное световое загрязнение сделали возможным регистрацию едва различимого сигнала, который раньше был бы потерян в шуме.
Результаты, опубликованные в The Astrophysical Journal Letters, не только подтверждают существование гравитационной нестабильности как механизма формирования планет, но и предполагают, что в нашей Галактике существует целый класс массивных планет, сформированных по этому пути — планет, которые лишь отчасти похожи на Юпитер или Сатурн, потому что они родились в условиях, совершенно чуждых нашей Солнечной системе.