Астрономи виявили нову екзопланету в системі Бета Пікторіс

Астрономи виявили нову екзопланету в системі Бета Пікторіс (β Pic), яка знаходиться приблизно за 63 світлових роки від Землі. Ця зірка відзначається тим, що стала першою, навколо якої було отримано зображення акреційного диска в видимому світлі. Крім того, одна з її екзопланет, Бета Пікторіс b, була однією з перших екзопланет, зображених безпосередньо.

Нова екзопланета, Бета Пікторіс d, є третьою в системі і найслабшою екзопланетою, що коли-небудь була зображена з Землі. Протягом багатьох років вона залишалася непоміченою через яскравість зірки та завдяки своїй «сестрі» — β Pic b. Виявлення планети стало можливим завдяки спостереженням, проведеним за допомогою наземних та космічних телескопів протягом кількох років.

“Планета d, здається, грала в гру в хованки з нами протягом більше десяти років, і лише тепер ми можемо сказати ‘знайдено!’” - Джейн Біркбі, Оксфордський університет.

Відкриття було опубліковано в новому дослідженні в журналі The Astrophysical Journal Letters під назвою "Пряме зображення виявлення гігантської екзопланети β Пікторіс d: Десятирічна гра в хованки". Співавторами є Бен Сатліфф, астроном з Единбурзького університету, та Маркус Бонсе, астроном з Європейської південної обсерваторії (ESO) в Німеччині.

“Це було випадкове відкриття,” - зазначив провідний автор Сатліфф у прес-релізі. “Спочатку ми хотіли більше дослідити відому планету в системі, Бета Пікторіс b, щоб побачити, як вона змінюється з часом.”

Астрономи виявили β Pic d за допомогою Дуже великого телескопа ESO та його покращеного іміджера та спектрографа (ERIS). Вони також використовували архівні дані з Наближеної інфрачервоної камери (NIRCam) телескопа Джеймса Вебба (JWST) та VLT/SPHERE. "Астрометричні вимірювання за 11-річний період демонструють, що вона відповідає гравітаційно зв'язаному джерелу з орбітальним рухом," - пишуть дослідники.

Ці зображення демонструють, як різні телескопи та інструменти спостерігали β Pic d протягом приблизно 11 років. ERIS виявив його першим, потім архівні зображення з інструменту SPHERE VLT та космічного телескопа Джеймса Вебба допомогли підтвердити його. Зображення: ESO/B. Sutlieff, M. Bonse et al.

Усі три планети в системі є газовими гігантами, хоча β Pic d є найменшою за масою — близько 2.4 мас Юпітера. Вона також знаходиться найдалі від своєї зірки — на відстані 26 а.о., в порівнянні з 2.7 а.о. та 10 а.о. для β Pic c та β Pic b відповідно. β Pic d також відзначається своєю щільністю. "β Pic d є однією з найменш масивних екзопланет, зображених з Землі," - зазначають автори.

Система Бета Пікторіс привертає увагу багатьох астрономів, і це відкриття ставить нові запитання.

"β Pic є надзвичайно добре вивченим і динамічно активним системою, що складається з кількох гігантських планет, викривленого диска уламків, ознак недавніх великих зіткнень і інтенсивної екзокометної активності поблизу зірки," - пишуть автори. "Наше відкриття додаткової, масивної планети в системі природно піднімає кілька динамічних запитань."

Одне з питань стосується викривленого диска системи. Внутрішній диск викривлений відносно зовнішнього, і обидві її «сестри» підпорядковуються цьому викривленню. А що з β Pic d?

"Наше відкриття β Pic d узгоджується з цією картиною; нова планета ділить орбітальну площину з b і c, як цього вимагає модель викривлення," - пояснюють дослідники. Вони вказують на те, що щось сталося, що викликало невідповідність у вирівнюванні дисків, можливо, внаслідок минулого прольоту або іншої динамічної події.

Ще одне питання також стосується диска і того, як екзопланети формують його. Це було важко зрозуміти, оскільки з нашої точки зору Бета Пікторіс спостерігається з краю.

"По-друге, чи β Pic d формує внутрішній край диска?" - запитують вони. Сестри β Pic d занадто близько до зірки, щоб формувати цей край, і дослідники припустили наявність третьої планети, яка відповідає за формування краю в диску. "Наше відкриття β Pic d підтримує цю картину," - пишуть автори.

Ця фігура з дослідження ілюструє, як β Pic d може формувати внутрішній край зовнішнього диска системи. Передбачена область планети показана білим кольором і взята з дослідження 2022 року. Лінія 2 — це мінімальна маса планети, необхідна для формування диска. β Pic d є достатньо масивною і знаходиться в правильній області, щоб формувати внутрішній край диска. Зображення: B. Sutlieff, M. Bonse et al. ApJL.

Система Бета Пікторіс також відома своєю екзокометною активністю, виявленою TESS. У статті 2019 року було повідомлено про три екзокомети, також відомі як падаючі випаровуючі тіла (FEBs). Інші дослідники припустили наявність цих екзокомет, і автори нового дослідження запитують, чи пов'язана β Pic d з ними.

"β Pic демонструє значну екзокометну активність, з кометами, що проходять поблизу зірки кожні кілька днів," - пишуть вони. "Це ймовірно вимагає наявності планет, які сприяють переміщенню комет з диска уламків всередину до зірки."

Однією з можливостей є те, що планети b і c відповідають за порушення об'єктів з внутрішнього астероїдного пояса на відстані приблизно 1 а.о. Інша можливість полягає в тому, що більш віддалена планета порушує об'єкти з зовнішнього пояса на відстані приблизно 40 а.о. "β Pic d може робити останнє; вона виглядає досить близько до зовнішнього пояса, щоб розкидати уламки, частина з яких може бути перенесена всередину через планети b і c до зірки," - пишуть автори.

Пряме зображення екзопланет є новою межею в науці про екзопланети. Тепер Бета Пікторіс приєднується до HR 8799 як єдина система з більш ніж двома безпосередньо зображеними екзопланетами. "Системи з кількома безпосередньо зображеними екзопланетами є ‘святими граалями’ відкриттів, оскільки вони можуть навчити нас багато про те, які різні екзопланети існують в одному й тому ж середовищі формування,” - зазначив Сатліфф.

Коли Надзвичайно великий телескоп (ELT) розпочне спостереження зі своїм діаметром 39.3 метра, сподіваються, що в 2029 році він зможе безпосередньо зобразити багато інших екзопланет.

“Планети, здається, мають друзів,” - говорить співавтор дослідження Бет Біллер, астроном з Единбурзького університету. “Багато з відомих систем з безпосередньо зображеними екзопланетами, здається, мають кілька гігантських планет в одній системі, і, ймовірно, є ще більше планет з меншою масою, які ховаються в цих системах і можуть бути виявлені за допомогою інструментів на ELT.”

"Відкриття β Pic d за допомогою комбінації наземних і космічних спостережень демонструє доповнюваність цих об'єктів і цінність архівних даних для дослідження та підтвердження нововиявлених супутників, навіть у добре відомих системах," - пояснюють автори.

"Майбутні спостереження β Pic d дозволять детально охарактеризувати його атмосферу, ще більше обмежити його орбіту і дати глибші уявлення про архітектуру та формування цієї молодої планетної системи," - підсумовують вони.