Астрономы обнаружили новый экзопланету в системе Бета Пикторис

Недавние исследования астрономов привели к открытию новой экзопланеты в системе Бета Пикторис (β Pic), расположенной на расстоянии около 63 световых лет от Земли. Эта система знаменита тем, что стала первой, у которой был зафиксирован циркумзвёздный диск в видимом свете, а также тем, что одна из её экзопланет, Бета Пикторис b, была одной из первых, изображённых напрямую.

Новая экзопланета, получившая название Бета Пикторис d, стала третьей планетой в системе и является самой тусклой из всех, когда-либо изображённых с Земли. На протяжении многих лет она оставалась незамеченной из-за яркости звезды и близости к своей «сестре» — планете β Pic b. Обнаружить её удалось благодаря совместным наблюдениям с наземных и космических телескопов, проводимым на протяжении нескольких лет.

“Планета d, похоже, играла с нами в прятки более десяти лет, и только сейчас мы можем сказать: ‘нашли тебя!’” — прокомментировала Джейн Биркби из Оксфордского университета.

Открытие было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters в статье под названием "Прямое изображение открытия гигантской экзопланеты β Пикторис d: Десятилетняя игра в прятки". Главные авторы исследования — Бен Сатлифф, астроном из Эдинбургского университета, и Маркус Бонсе, астроном из Европейской южной обсерватории (ESO) в Германии.

“Это было случайное открытие,” — отметил Сатлифф в пресс-релизе. “Изначально мы хотели больше сосредоточиться на известной планете в системе, Бета Пикторис b, чтобы посмотреть, как она изменяется со временем.”

Астрономы использовали Очень большой телескоп ESO и его улучшенный имиджер и спектрограф (ERIS) для обнаружения β Pic d. Также были использованы архивные данные от камеры ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam) и VLT/SPHERE. “Астрометрические измерения за 11 лет показывают, что это соответствует гравитационно связанному объекту с орбитальным движением,” — пишут исследователи.

Эти изображения показывают, как разные телескопы и инструменты наблюдали β Pic d на протяжении примерно 11 лет. Сначала его обнаружил ERIS, затем архивные изображения от инструмента SPHERE VLT и космического телескопа Джеймса Уэбба помогли подтвердить это. Изображение: ESO/B. Sutlieff, M. Bonse et al.

Все три планеты в системе являются газовыми гигантами, однако β Pic d имеет наименьшую массу — около 2,4 массы Юпитера. Она также находится на самом дальнем расстоянии от своей звезды — 26 астрономических единиц, в то время как β Pic c и β Pic b находятся на расстоянии 2,7 а.е. и 10 а.е. соответственно. Также стоит отметить, что β Pic d является одной из самых легких экзопланет, когда-либо изображенных с Земли.

Система Бета Пикторис привлекает внимание астрономов, и это открытие порождает множество новых вопросов.

“β Pic — это крайне хорошо изученная и динамически активная система, состоящая из нескольких гигантских планет, искривленного диска обломков, признаков недавних гигантских столкновений и интенсивной экзокометной активности вблизи звезды,” — пишут авторы. “Наше открытие дополнительной массивной планеты в системе естественным образом вызывает несколько динамических вопросов.”

Одним из вопросов является искривление диска системы. Внутренний диск искривлён относительно внешнего, и обе «сестры» следуют этому искривлению. Какова же судьба β Pic d?

“Наше открытие β Pic d согласуется с этой картиной; новая планета разделяет орбитальную плоскость с b и c, как того требует модель искривления,” — объясняют исследователи. Это является дополнительным доказательством того, что что-то произошло, что привело к несоответствию дисков. Указывают на возможный пролет или другое динамическое событие.

Другой вопрос касается диска и того, как экзопланеты формируют его. Это было сложно понять, поскольку с нашей точки зрения Бета Пикторис имеет вид сбоку.

“Во-вторых, влияет ли β Pic d на формирование внутреннего края диска?” — спрашивают они. Сиблинг β Pic d слишком близок к звезде, чтобы формировать этот край, и исследователи предположили существование третьей планеты, ответственной за формирование края в диске. “Наше открытие β Pic d поддерживает эту картину,” — пишут авторы.

Эта фигура из исследования иллюстрирует, как β Pic d может формировать внутренний край внешнего диска системы. Предполагаемая область планеты показана белым цветом и основана на исследовании 2022 года. Линия 2 — минимальная масса планеты, необходимая для формирования диска. β Pic d достаточно массивна и находится в нужной области, чтобы формировать внутренний край диска. Изображение: B. Sutlieff, M. Bonse et al. ApJL.

Система Бета Пикторис также известна своей экзокометной активностью, обнаруженной TESS. В 2019 году было опубликовано исследование, в котором сообщалось о трёх экзокометах, также известных как падающие испаряющиеся тела (FEB). Другие исследователи предсказали существование этих экзокомет, и авторы новой статьи спрашивают, связано ли β Pic d с ними.

“β Pic демонстрирует значительную экзокометную активность, с кометами, проходящими мимо звезды каждые несколько дней,” — пишут они. “Это, вероятно, требует наличия планет, которые бы выталкивали кометы из пояса обломков внутрь к звезде.”

Одной из возможностей является то, что планеты b и c отвечают за возмущение объектов из внутреннего астероидного пояса, находящегося на расстоянии около 1 а.е. Другой вариант — что более удалённая планета возмущает объекты из внешнего пояса на расстоянии около 40 а.е. “β Pic d может выполнять последнее; она находится достаточно близко к внешнему поясу, чтобы рассеивать обломки, некоторые из которых могут быть перенесены внутрь через планеты b и c к звезде,” — пишут авторы.

Прямое изображение экзопланет является новой границей в науке об экзопланетах. Теперь Бета Пикторис присоединяется к системе HR 8799 как единственные системы с более чем двумя экзопланетами, изображёнными напрямую. “Системы с несколькими напрямую изображёнными экзопланетами являются ‘святыми граалями’ открытий, поскольку они могут научить нас многому о том, какие разные экзопланеты существуют в одной и той же среде формирования,” — отметил Сатлифф.

Когда Экстремально большой телескоп (ELT) начнёт наблюдения с диаметром 39,3 метра, ожидается, что он сможет напрямую изображать гораздо больше экзопланет.

“Планеты, похоже, имеют своих ‘друзей’,” — говорит соавтор исследования Бет Биллер, астроном из Эдинбургского университета. “Многие известные системы с напрямую изображёнными экзопланетами, похоже, имеют несколько гигантских планет в одной системе, и, вероятно, в этих системах скрыты ещё более мелкие планеты, которые могут быть обнаружены с помощью инструментов на ELT.”

“Открытие β Pic d с использованием комбинации наземных и космических наблюдений демонстрирует взаимодополняемость этих объектов и ценность архивных данных для исследования и подтверждения вновь идентифицированных спутников, даже в хорошо известных системах,” — объясняют авторы.

“Будущие наблюдения β Pic d позволят глубже охарактеризовать её атмосферу, уточнить её орбиту и получить более глубокие понимания архитектуры и формирования этой молодой планетной системы,” — заключают они.