Изображения были получены в течение четырех лет с помощью высокоточного прибора Gemini Planet Imager (GPI), установленного на 8-метровом телескопе Gemini South в Чили. GPI использует современную систему адаптивной оптики для удаления атмосферного размытия, обеспечивая самые четкие изображения на сегодняшний день среди многих из этих дисков.
Наземные инструменты, такие как GPI, который модернизируется для проведения аналогичных наблюдений в северном небе с Северного телескопа Gemini на Гавайях, могут быть способом скрининга звезд с предполагаемыми дисками обломков, чтобы определить, на какие цели стоит нацеливаться более мощными, но дорогими , телескопы для поиска планет – в частности, обитаемых планет. Несколько 20-, 30- и 40-метровых телескопов, таких как Giant Magellan Telescope и Extremely Large Telescope, будут запущены в ближайшие пару десятилетий, а запуск орбитального космического телескопа Джеймса Уэбба ожидается в 2021 году.
«Часто легче обнаружить заполненный пылью диск, чем планеты, поэтому вы сначала обнаруживаете пыль, а затем знаете, как направить свой космический телескоп Джеймса Уэбба или римский космический телескоп Нэнси Грейс на эти системы, сокращая количество звезд чтобы найти эти планеты, вам нужно тщательно проанализировать их », – сказал Том Эспозито, научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли.
Эспозито – первый автор статьи с описанием результатов, опубликованной 15 июня в The Astronomical Journal.
Пояса комет вокруг других звезд
Диски обломков на изображениях эквивалентны поясу Койпера в нашей Солнечной системе, холодному царству, которое примерно в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля – за орбитой Нептуна – и полное камней, пыли и льда, которые никогда не образовывались. часть любой планеты в нашей солнечной системе.
Кометы из пояса – ледяные и каменные шары – периодически проносятся по внутренней части Солнечной системы, иногда нанося ущерб Земле, но также доставляя жизненно важные материалы, такие как вода, углерод и кислород.
Из 26 изображений дисков обломков, полученных с помощью Gemini Planet Imager (GPI), 25 имели «дыры» вокруг центральной звезды, которые, вероятно, были созданы планетами, сметающими камни и пыль. Семь из 26 были ранее неизвестны; более ранние изображения остальных 19 были не такими резкими, как у GPI, и часто не имели разрешения, чтобы обнаружить внутреннюю дыру.
Съемка удваивает количество дисков обломков, отображаемых с таким высоким разрешением.
«Мы обнаружили, что эти так называемые диски на самом деле представляют собой кольца с внутренними просветами», – сказал Эспозито, который также является исследователем в Институте SETI в Маунтин-Вью, Калифорния. "У GPI было четкое представление о внутренних областях, близких к звезде, тогда как в прошлом наблюдения космического телескопа Хаббла и более старых инструментов с земли не могли видеть достаточно близко к звезде, чтобы увидеть дыру вокруг нее."
GPI включает в себя коронограф, который блокирует свет от звезды, позволяя ему видеть на расстоянии одной астрономической единицы (а.е.) от звезды или расстояние Земли от нашего Солнца: 93 миллиона миль.
GPI нацелился на 104 звезды, которые были необычно яркими в инфракрасном свете, что указывает на то, что они были окружены обломками, отражающими свет звезды, или согреты звездой.
Прибор регистрировал поляризованный свет в ближней инфракрасной области, рассеянный небольшими частицами пыли размером около одной тысячной миллиметра (1 микрон), вероятно, в результате столкновений между более крупными камнями в диске обломков.
«Не было систематических исследований молодых обломков, близких к таким размерам, с использованием одного и того же инструмента, с использованием тех же режимов и методов наблюдения», – сказал Эспозито. «Мы обнаружили эти 26 дисков с мусором с очень стабильным качеством данных, что позволяет нам действительно сравнивать наблюдения, что является уникальным с точки зрения исследований дисков с мусором."
Семь дисков обломков, которые никогда ранее не отображались таким образом, были среди 13 дисков вокруг звезд, движущихся вместе через Млечный Путь, членов группы, называемой звездной ассоциацией Скорпион-Центавр, которая расположена между 100 и 140 парсеками от Земли, или примерно в 400 световых лучах. годы.
«Это похоже на идеальное место для рыбалки; наши успехи были намного выше, чем все, что мы когда-либо делали», – сказал Пол Калас, адъюнкт-профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли, который является вторым автором статьи.
Поскольку все семь находятся вокруг звезд, которые родились в одной и той же области примерно в одно и то же время, «сама эта группа представляет собой мини-лабораторию, где мы можем сравнивать и противопоставлять архитектуры многих планетных питомников, развивающихся одновременно в различных условиях, что-то, что у нас действительно не было раньше ", – добавил Эспозито.
Из 104 наблюдаемых звезд у 75 не было диска такого размера или плотности, который мог бы обнаружить GPI, хотя они вполне могут быть окружены обломками, оставшимися от образования планет. У трех других звезд были обнаружены диски, принадлежащие к более ранней «протопланетной» фазе эволюции.
Как наша солнечная система выглядела в младенчестве?
Размер дисков обломков сильно различается, но в большинстве случаев составляет от 20 до 100 а.е. Это были звезды, возраст которых варьировался от десятков миллионов лет до нескольких сотен миллионов лет – очень динамичный период для эволюции планет. Большинство из них были крупнее и ярче солнца.
Одна звезда, HD 156623, у которой не было дыры в центре диска обломков, была одной из самых молодых в группе, что согласуется с теориями образования планет. Первоначально протопланетный диск должен быть относительно однородным, но по мере старения системы планеты формируются и вытесняют внутреннюю часть диска.
"Когда мы смотрим на более молодые околозвездные диски, такие как протопланетные диски, которые находятся на более ранней стадии эволюции, когда планеты формируются или до того, как планеты начали формироваться, в областях, где мы находим эти дыры, много газа и пыли. в старых дисках мусора ", – сказал Эспозито. "Что-то со временем удалило этот материал, и один из способов сделать это – использовать планеты."
Поскольку поляризованный свет от дисков обломков теоретически может рассказать астрономам о составе пыли, Эспозито надеется усовершенствовать модели, чтобы предсказать состав – в частности, для обнаружения воды, которая считается условием жизни.
По словам Каласа, подобные исследования могут помочь ответить на давнишний вопрос о нашей солнечной системе.
"Если вы вернете часы нашей солнечной системы на 4.5 миллиардов лет, на каком из этих дисков мы? Были ли мы узким кольцом, или мы были нечеткой каплей?" он сказал. "Было бы здорово узнать, как мы выглядели тогда, чтобы понять наше собственное происхождение. Это большой вопрос без ответа."