Подтверждена самая молодая известная экзопланета — ей меньше миллиона лет
Астрономы подтвердили существование самой молодой известной экзопланеты. Elias 2-24 b имеет возраст менее миллиона лет, по массе сопоставима с Юпитером и всё ещё растёт внутри окружающего молодую звезду диска из газа и пыли. Предыдущим самым молодым подтверждённым планетам было более 5 млн лет.
Elias 2-24 b обращается вокруг молодой звезды Elias 2-24 примерно в 450 световых годах от Земли. Планета находится внутри протопланетного диска — оставшегося после образования звезды вещества, из которого постепенно формируются планеты. Наблюдения показывают, что Elias 2-24 b продолжает захватывать материал из этого диска и находится на одной из самых ранних стадий формирования, которые удалось непосредственно наблюдать у подтверждённой экзопланеты.
Признаки возможной планеты в системе появились задолго до её подтверждения. Радиоинтерферометр ALMA обнаружил в диске Elias 2-24 выраженную кольцевую щель. Подобные разрывы могут возникать, когда формирующаяся планета собирает вещество и своим гравитационным воздействием изменяет распределение газа и пыли вокруг звезды. Позднее Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории зарегистрировал в этой области слабый источник излучения, однако этих данных было недостаточно, чтобы однозначно подтвердить существование планеты.
Команда под руководством Андреа Бернарди из Университета Диего Порталеса в Чили обратилась к архиву обсерватории Кека на Гавайях. Исследователи изучали наблюдения семи молодых звёзд, полученные с помощью инструмента NIRC2 и вихревого коронографа. Коронограф блокирует яркий свет звезды и позволяет различать значительно более тусклые объекты рядом с ней.
В архиве удалось найти изображения слабого источника в системе Elias 2-24, сделанные в 2018 и 2020 годах. Сопоставив наблюдения разных лет, астрономы проследили движение объекта. Оно соответствовало движению тела, связанного с системой Elias 2-24, а не далёкой фоновой звезды или случайной особенности изображения. Совокупность данных обсерватории Кека, ALMA и Очень большого телескопа позволила подтвердить объект как планету Elias 2-24 b.
Планета находится примерно в 55 раз дальше от своей звезды, чем Земля от Солнца. Это соответствует примерно 55 астрономическим единицам и примерно в десять раз превышает расстояние между Юпитером и Солнцем. При этом Elias 2-24 b уже достигла массы, сопоставимой с массой Юпитера, хотя возраст всей системы составляет менее миллиона лет.
Такое сочетание возраста, массы и расстояния от звезды создаёт серьёзное ограничение для моделей формирования газовых гигантов. Согласно оценке, приведённой NASA, формирование планеты размером с Юпитер на расстоянии орбиты Юпитера может занимать около 5 млн лет, а на более удалённых орбитах процесс должен идти ещё медленнее. Elias 2-24 b появилась значительно раньше и на гораздо большем расстоянии от своей звезды.
Предыдущий рекорд принадлежал сразу четырём молодым планетам — двум объектам в системе PDS 70 и двум планетам системы WISPIT 2. Возраст всех этих миров превышает 5 млн лет. Elias 2-24 b уменьшила известный минимальный возраст подтверждённой планеты более чем в пять раз.
Расположение Elias 2-24 b внутри узкой щели протопланетного диска также даёт наблюдательное подтверждение связи подобных структур с формирующимися планетами. Кольца и разрывы часто наблюдаются в дисках молодых звёзд, но сама по себе такая структура ещё не доказывает присутствие планеты. В системе Elias 2-24 удалось непосредственно обнаружить планету именно там, где ранее по структуре диска предполагалось её существование.
Наблюдения согласуются с моделью формирования газовых гигантов путём аккреции на твёрдое ядро. Согласно этому сценарию, сначала из пыли и каменистого вещества возникает массивное ядро, которое затем начинает быстро захватывать окружающий газ. Однако чрезвычайно молодой возраст Elias 2-24 b показывает, что некоторые этапы этого процесса могут происходить быстрее, чем предполагают существующие модели.
Изучать настолько молодые планеты сложно из-за вещества протопланетного диска и яркого света родительской звезды. Elias 2-24 b находится на пределе возможностей современных инструментов прямого наблюдения экзопланет. Более чувствительные коронографы должны позволить обнаруживать молодые миры ближе к их звёздам и проверить, насколько часто гигантские планеты успевают сформироваться в течение первого миллиона лет существования системы.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters.