Космический телескоп НАСА «Хаббл» сфотографировал доказательства образования протопланеты, похожей на Юпитер, в результате того, что исследователи описывают как «интенсивный и жестокий процесс». Это открытие поддерживает давно обсуждаемую теорию о том, как формируются планеты, подобные Юпитеру, называемую «нестабильностью диска».

Строящийся новый мир заключен в протопланетный диск из пыли и газа с отчетливой спиральной структурой, вращающейся вокруг молодой звезды, возраст которой оценивается примерно в 2 миллиона лет. Это примерно возраст нашей Солнечной системы, когда происходило формирование планет. (Возраст Солнечной системы в настоящее время составляет 4,6 миллиарда лет.)

«Природа умна, она может создавать планеты разными способами», — сказал Тейн Карри из Subaru Telescope и Eureka Scientific, ведущий исследователь исследования.

Все планеты состоят из материала, образовавшегося в околозвездном диске. Доминирующая теория формирования юпитерианских планет называется «аккреция ядра» — подход «снизу вверх», при котором планеты, встроенные в диск, вырастают из небольших объектов — размером от пылинок до валунов — сталкивающихся и слипающихся на орбите звезды. Это ядро ​​затем медленно накапливает газ из диска. Напротив, подход с неустойчивостью диска представляет собой нисходящую модель, в которой по мере охлаждения массивного диска вокруг звезды гравитация заставляет диск быстро распадаться на один или несколько фрагментов планетарной массы.

Новообразованная планета, названная AB Aurigae b, вероятно, примерно в девять раз массивнее Юпитера и вращается вокруг своей звезды на колоссальном расстоянии 8,6 миллиарда миль — более чем в два раза дальше, чем Плутон от нашего Солнца. На таком расстоянии потребовалось бы очень много времени, чтобы планета размером с Юпитер сформировалась путем аккреции ядра. Это приводит исследователей к выводу, что нестабильность диска позволила этой планете сформироваться на таком большом расстоянии. И это резко контрастирует с ожиданиями формирования планет в соответствии с широко принятой моделью аккреции ядра.

Новый анализ объединяет данные двух инструментов Хаббла: спектрографа изображений космического телескопа и камеры ближнего инфракрасного диапазона и многообъектного спектрографа. Эти данные были сопоставлены с данными современного инструмента для визуализации планет под названием SCExAO на 8,2-метровом японском телескопе Subaru, расположенном на вершине Мауна-Кеа, Гавайи. Обилие данных из космоса и наземных телескопов оказалось критически важным, потому что очень сложно отличить молодые планеты от сложных элементов диска, не связанных с планетами.

«Интерпретация этой системы чрезвычайно сложна», — сказал Карри. «Это одна из причин, по которой нам понадобился Хаббл для этого проекта — чистое изображение, чтобы лучше отделить свет от диска и любой планеты».

Сама природа также протянула руку помощи: огромный диск пыли и газа, вращающийся вокруг звезды AB Возничего, наклонен почти лицом к нашему взгляду с Земли.

Карри подчеркнул, что долговечность Хаббла сыграла особую роль в помощи исследователям в измерении орбиты протопланеты. Первоначально он очень скептически относился к тому, что AB Aurigae b является планетой. Архивные данные Хаббла в сочетании с изображениями Субару оказались поворотным моментом в изменении его мнения.

«Мы не могли обнаружить это движение в течение года или двух лет», — сказал Карри. «Хаббл предоставил базовую временную линию в сочетании с данными Subaru за 13 лет, что было достаточно для обнаружения орбитального движения».

«Этот результат основан на наземных и космических наблюдениях, и мы можем вернуться в прошлое с помощью архивных наблюдений Хаббла», — добавил Оливье Гийон из Университета Аризоны, Тусон, и телескоп Subaru, Гавайи. «В настоящее время AB Aurigae b рассматривали с разных длин волн, и появилась непротиворечивая картина — очень четкая».

Результаты команды опубликованы в выпуске журнала Nature Astronomy от 4 апреля.

«Это новое открытие является убедительным доказательством того, что некоторые газовые планеты-гиганты могут формироваться по механизму нестабильности диска», — подчеркнул Алан Босс из Института науки Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия. «В конце концов, гравитация — это все, что имеет значение, поскольку остатки процесса звездообразования в конечном итоге будут стягиваться гравитацией, чтобы сформировать планеты, так или иначе».

Понимание первых дней формирования планет, подобных Юпитеру, дает астрономам больше информации об истории нашей Солнечной системы. Это открытие прокладывает путь для будущих исследований химического состава протопланетных дисков, таких как AB Возничего, в том числе с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА.