Острое зрение космического телескопа НАСА Хаббл обнаружило загадочную брешь в огромном протопланетном диске из газа и пыли, вращающегося вокруг близлежащей звезды TW Гидра, расположенной на расстоянии 176 световых лет в созвездии Гидры (Морской Змей). Присутствие разрыва лучше всего объясняется влиянием растущей невидимой планеты, которая под действием силы тяжести подметает материал и вырезает полосу на диске, как снегоочиститель.
Исследователи во главе с Джоном Дебесом из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, обнаружили разрыв примерно в 7,5 миллиардах миль от звезды красного карлика. Если бы предполагаемая планета вращалась в нашей солнечной системе, она была бы примерно вдвое дальше Плутона от Солнца.Предполагаемая широкая орбита планеты означает, что она медленно движется вокруг своей звезды. Обнаружение предполагаемой планеты на этой орбите бросает вызов существующим теориям образования планет.
Традиционный рецепт создания планет предполагает, что планеты формируются в течение десятков миллионов лет в результате медленного, но постоянного накопления пыли, камней и газа, когда зарождающаяся планета собирает материал с окружающего диска. TW Гидре, однако, всего 8 миллионов лет. У планеты не было достаточно времени, чтобы расти за счет медленного накопления более мелкого мусора. Фактически, планета, находящаяся на расстоянии 7,5 миллиардов миль от своей звезды, могла бы сформироваться более чем в 200 раз дольше, чем Юпитер на таком расстоянии от Солнца, из-за его гораздо более низкой орбитальной скорости и недостатка материала в диске.
Альтернативная теория образования планет предполагает, что часть диска становится гравитационно нестабильной и схлопывается сама по себе. В этом сценарии планета может сформироваться быстрее, всего за несколько тысяч лет.«Если мы действительно сможем подтвердить, что там есть планета, мы сможем связать ее характеристики с измерениями свойств промежутка», — говорит Дебес. «Это могло бы добавить к теориям образования планет относительно того, как на самом деле можно сформировать планету очень далеко. Определенно существует структура разрыва.
Мы думаем, что это, вероятно, планета, учитывая тот факт, что разрыв резкий и круглый».Историю усложняет то, что красный карлик составляет всего 55 процентов массы нашего Солнца. «Так интригует такая система, — говорит Дебес. «Это звезда с наименьшей массой, для которой мы наблюдали разрыв».
Во внешних областях диска также отсутствуют крупные пылинки. Наблюдения с ALMA (Большая миллиметровая матрица Атакамы) показывают, что пыль миллиметрового размера (десятые доли дюйма), размером примерно с песчинку, резко срезается на расстоянии около 5,5 миллиардов миль от звезды, всего лишь не считая разрыва. Диаметр диска 41 миллиард миль.
«Как правило, вам нужна галька, прежде чем у вас появится планета. Так что, если есть планета, а дальше нет пыли размером больше песчинки, это будет огромной проблемой для традиционных моделей формирования планет», — говорит Дебес. .Наблюдения Хаббла показывают, что разрыв шириной 1,9 миллиарда миль не устранен полностью. Команда предполагает, что если планета существует, то она находится в процессе формирования и не очень массивна.
Основываясь на данных, член команды Ханна Джанг-Конделл из Университета Вайоминга в Ларами считает, что предполагаемая планета в 6–28 раз массивнее Земли. В пределах этого диапазона находится класс планет, называемых суперземлями и ледяными гигантами. Такая малая масса планеты также бросает вызов теориям образования планет с прямым коллапсом, которые предсказывают, что сгустки материала, в один-два раза более массивные, чем Юпитер, могут коллапсировать, образуя планету.TW Гидра была популярной целью среди астрономов.
Система является одним из наиболее близких примеров диска, обращенного лицевой стороной, и дает астрономам возможность наблюдать за окружением звезды сверху. Команда Дебеса использовала ближнюю инфракрасную камеру Хаббла и многообъектный спектрометр (NICMOS), чтобы наблюдать звезду в ближнем инфракрасном свете.
Затем команда повторно проанализировала архивные данные Хаббла, используя больше изображений NICMOS, а также оптические и спектроскопические наблюдения, полученные с помощью спектрографа визуализации космического телескопа (STIS). Вооружившись этими наблюдениями, они составили наиболее полное представление о системе в рассеянном свете на многих длинах волн.Когда Дебес учел скорость, с которой диск тускнеет от отраженного звездного света, промежуток был выделен. Это была особенность, о которой подозревали два предыдущих исследования Хаббла, но не смогли окончательно подтвердить.
Эти более ранние наблюдения отметили неравномерную яркость диска, но не идентифицировали это как разрыв.«Когда я впервые увидел структуру зазора, она просто выскочила наружу», — говорит Дебес. «Тот факт, что мы видим разрыв на каждой длине волны, говорит вам, что это структурная особенность, а не инструментальный артефакт или особенность того, как пыль рассеивает свет.
Статья группы появится в Интернете 14 июня в The Astrophysical Journal.