Hubble стежить за грою тіней навколо диска

У 2017 році астрономи повідомили про виявлення тіні, яка проходить по поверхні величезного газопилового диска у формі млинця, що оточує червону карликову зірку. Тінь не від планети, а від внутрішнього диска, дещо нахиленого відносно набагато більшого зовнішнього диска, змушуючи його відкидати тінь. Одне з пояснень полягає в тому, що сила тяжіння невидимої планети притягує пил і газ на похилу орбіту планети.

Тепер лише за кілька років між спостереженнями, які зберігаються в архіві Хаббла MAST, з’явилася друга тінь – яка грає в гру в підглядання. Це може бути з іншого диска, розташованого всередині системи. Ці два диски, ймовірно, свідчать про пару планет, що будуються.

Вік TW Hydrae менше 10 мільйонів років і знаходиться на відстані близько 200 світлових років від нас. У зародковому стані наша Сонячна система могла нагадувати систему TW Hydrae приблизно 4,6 мільярда років тому. Оскільки система TW Hydrae нахилена майже обличчям до нашого погляду з Землі, вона є оптимальною ціллю для отримання прямого огляду планетарного будівельного двору.

Друга тінь була виявлена ​​під час спостережень, отриманих 6 червня 2021 року в рамках багаторічної програми, призначеної для відстеження тіней у навколозоряних дисках. Джон Дебес з AURA/STScI Європейського космічного агентства з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд, порівняв диск TW Hydrae із спостереженнями Хаббла, зробленими кілька років тому.

«Ми виявили, що тінь зробила щось зовсім інше», — сказав Дебес, який є головним дослідником і провідним автором дослідження, опублікованого в The Astrophysical Journal. «Коли я вперше подивився на дані, я подумав, що зі спостереженням щось пішло не так, оскільки це було не те що я очікував. Спочатку я був збентежений, і всі мої співробітники думали: що відбувається? Нам справді потрібно почухали голови, і нам знадобився час, щоб знайти пояснення».

Найкраще рішення, яке придумала команда, полягає в тому, що є два неправильно вирівняні диски, що відкидають тінь. Під час попереднього спостереження вони були настільки близько один до одного, що їх не помітили. З часом вони розділилися й розділилися на дві тіні. «Ми ніколи раніше не бачили такого на протопланетному диску. Це робить систему набагато складнішою, ніж ми спочатку думали», — сказав він.

Найпростішим поясненням є те, що неправильне розташування дисків, ймовірно, спричинене гравітаційним тяжінням двох планет у дещо різних орбітальних площинах. Хаббл збирає цілісне уявлення про архітектуру системи.

Порівняльні зображення, зроблені космічним телескопом Хаббла, зроблені з інтервалом у кілька років, виявили дві моторошні тіні, що рухаються проти годинникової стрілки по газопиловому диску, що оточує молоду зірку TW Hydrae

Диски можуть бути проксі для планет, які перетинаються одна з одною, обертаючись навколо зірки. Це схоже на обертання двох вінілових фонографічних платівок із дещо різною швидкістю. Іноді мітки збігаються, але тоді одна випереджає іншу.

«Це свідчить про те, що дві планети повинні бути досить близько одна до одної. Якби одна рухалася набагато швидше за іншу, це було б помічено в попередніх спостереженнях. Це схоже на два гоночні автомобілі, які знаходяться близько один до одного, але один повільно обганяє та обтинає іншого», — сказав Дебес.

Передбачувані планети розташовані в регіоні, приблизно на відстані Юпітера від нашого Сонця. І тіні здійснюють один оберт навколо зірки приблизно кожні 15 років – орбітальний період, який можна очікувати на такій відстані від зірки.

Крім того, ці два внутрішні диски нахилені приблизно на п’ять-сім градусів відносно площини зовнішнього диска. Це можна порівняти з діапазоном нахилів орбіти всередині нашої Сонячної системи. «Це точно відповідає типовій архітектурі сонячної системи», — сказав Дебес.

Зовнішній диск, на який падають тіні, може простягатися в кілька разів більше, ніж радіус пояса Койпера нашої Сонячної системи. Цей більший диск має дивовижну щілину, яка вдвічі перевищує середню відстань Плутона до Сонця. Це може бути доказом наявності третьої планети в системі.

Будь-які внутрішні планети було б важко виявити, оскільки їх світло загубилося б у сяйві зірки. Крім того, пил у системі зменшить відбите світло. Космічна обсерваторія Gaia ESA може виміряти коливання зірки, якщо планети з масою Юпітера тягнуть її, але на це знадобляться роки, враховуючи довгі орбітальні періоди.

Дані TW Hydrae взяті зі спектрографа зображень космічного телескопа Хаббла. Інфрачервоне бачення космічного телескопа Джеймса Вебба також може показати тіні більш детально.

Космічний телескоп Хаббл – це проєкт міжнародного співробітництва NASA та ESA. Телескопом керує Центр космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд. Науковий інститут космічного телескопа (STScI) у Балтіморі проводить наукові операції Хаббла. STScI управляється для NASA Асоціацією університетів з дослідження астрономії у Вашингтоні, округ Колумбія