Чтобы получить больше уверенности в том, что эти промежутки на самом деле вызваны планетами, и чтобы получить более полное представление о формировании планет, ученые изучают газ в дисках в дополнение к пыли. 99 процентов массы протопланетного диска составляет газ, из которых газообразный монооксид углерода (CO) является самым ярким компонентом, излучающим очень характерный свет миллиметрового диапазона, который может наблюдать ALMA.
В прошлом году две группы астрономов продемонстрировали новую технику охоты за планетами с использованием этого газа. Они измерили скорость вращения газа CO в диске вокруг молодой звезды HD 163296. Локальные возмущения в движении газа выявили три планетных паттерна в диске.
В этом новом исследовании ведущий автор Ричард Тиг из Мичиганского университета и его команда использовали новые данные ALMA с высоким разрешением из Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) для более подробного изучения скорости газа. «Благодаря данным этой программы с высокой точностью мы смогли измерить скорость газа в трех направлениях, а не только в одном», – сказал Тиг. «Впервые мы измерили движение газа, вращающегося вокруг звезды, по направлению к звезде или от нее, а также вверх или вниз по диску."
Уникальные газовые потоки
Тиг и его коллеги видели, как газ движется из верхних слоев к середине диска в трех разных местах. "Скорее всего, произойдет то, что планета на орбите вокруг звезды отталкивает газ и пыль в сторону, открывая зазор", – пояснил Тиг. "Газ над зазором затем схлопывается в него, как водопад, вызывая вращательный поток газа в диске."
Это лучшее на сегодняшний день свидетельство того, что вокруг HD 163296 действительно формируются планеты.
Но астрономы не могут со стопроцентной уверенностью сказать, что потоки газа вызваны планетами. Например, магнитное поле звезды также может вызывать возмущения в газе. "Прямо сейчас только прямое наблюдение планет может исключить другие варианты. Но модели этих газовых потоков уникальны, и весьма вероятно, что они могут быть вызваны только планетами », – сказал соавтор Джахан Бэ из Института науки Карнеги, который проверил эту теорию с помощью компьютерного моделирования диска.
Расположение трех предсказанных планет в этом исследовании соответствует результатам прошлого года: они, вероятно, расположены в 87, 140 и 237 а.е. (Астрономическая единица – AU – это среднее расстояние от Земли до Солнца.) Ближайшая к HD 163296 планета имеет половину массы Юпитера, средняя планета имеет массу Юпитера, а самая дальняя планета вдвое массивнее Юпитера.
Атмосфера планеты
Согласно теоретическим моделям, потоки газа от поверхности к средней плоскости протопланетного диска существуют с конца 90-х годов, но наблюдаются впервые. Они не только могут использоваться для обнаружения планет-младенцев, они также формируют наше понимание того, как планеты-гиганты получают свои атмосферы.
«Планеты образуются в среднем слое диска, так называемой средней плоскости.
Это холодное место, защищенное от звездного излучения, – пояснил Тиг. "Мы думаем, что промежутки, вызванные планетами, приносят более теплый газ из более химически активных внешних слоев диска, и что этот газ будет формировать атмосферу планеты."
Тиг и его команда не ожидали, что смогут увидеть это явление. «Диск HD 163296 – самый яркий и самый большой диск, который мы можем увидеть с ALMA», – сказал Тиг. "Но было большим сюрпризом увидеть эти газовые потоки так отчетливо.
Диски оказались намного более динамичными, чем мы думали."
«Это дает нам гораздо более полную картину формирования планет, чем мы когда-либо мечтали», – сказал соавтор Тед Бергин из Мичиганского университета. «Характеризуя эти потоки, мы можем определить, как рождаются планеты, подобные Юпитеру, и охарактеризовать их химический состав при рождении. Мы могли бы использовать это, чтобы отследить место рождения этих планет, поскольку они могут перемещаться во время формирования."
Национальная радиоастрономическая обсерватория – объект Национального научного фонда, управляемый в соответствии с соглашением о сотрудничестве Associated Universities, Inc.