Хаббл стежить за грою тіней навколо планетоутворюючого диска

У 2017 році астрономи повідомили про виявлення тіні, яка проходить по поверхні величезного млинця у формі диска газу та пилу, що оточує червону карликову зірку TW Hydrae. Тінь не від планети, а від внутрішнього диска, дещо нахиленого відносно значно більшого зовнішнього диска, через що він відкидає тінь.

Одне з пояснень полягає в тому, що сила тяжіння невидимої планети притягує пил і газ на свою похилу орбіту. Тепер лише за кілька років між спостереженнями, які зберігаються в архіві MAST космічного телескопа Хаббл, з’явилася друга тінь. Вона може бути з іншого диска, розташованого всередині системи. Ці два диски, ймовірно, свідчать про пару планет, що будуються.

Вік TW Hydrae менше 10 мільйонів років і знаходиться на відстані близько 200 світлових років від нас. У зародковому стані, приблизно 4,6 мільярда років тому, наша Сонячна система могла нагадувати систему TW Hydrae. Оскільки система TW Hydrae нахилена майже обличчям до неї, якщо дивитися з Землі, вона є оптимальною мішенню для огляду планетарного будівельного майданчика з висоти пташиного польоту.

Друга тінь була виявлена ​​під час спостережень, отриманих 6 червня 2021 року в рамках багаторічної програми, призначеної для відстеження тіней у навколозоряних дисках. Джон Дебес з AURA/STScI Європейського космічного агентства в Науковому інституті космічного телескопа в Балтиморі, штат Меріленд, порівняв ці останні спостереження диска TW Hydrae із спостереженнями Хаббла, зробленими кілька років тому.

Вчені висунули теорію про те, що може бути причиною мінливих тіней, зазначає Ребекка Нілон, член наукової групи Університету Уоріка у Великобританії.

«Але щоб перевірити це, нам довелося запустити складні моделі, де ми змінювали кількість дисків і їхню орієнтацію, щоб спробувати відтворити спостереження Хаббла».

Найкраще рішення, яке придумала команда, полягає в тому, що є два диски, що відкидають тінь. Під час попереднього спостереження вони були настільки близько один до одного, що їх не помітили. З часом вони розділилися і створили дві тіні.

«Ми ніколи раніше не бачили такого на протопланетному диску. Це робить систему набагато складнішою, ніж ми спочатку думали», — каже Дебес.

Найпростішим поясненням є те, що неправильне розташування дисків, ймовірно, спричинене гравітаційним тяжінням двох планет у дещо різних орбітальних площинах. Хаббл збирає цілісне уявлення про архітектуру системи.

Диски можуть бути проксі для планет, які притискаються одна до одної, обертаючись навколо зірки. Це схоже на обертання двох вінілових платівок з дещо різною швидкістю. Іноді мітки збігаються, а потім одна випереджає іншу.

Це свідчить про те, що дві планети повинні бути досить близько одна до одної. Якби один рухався набагато швидше за інший, це було б помічено в попередніх спостереженнях.

Передбачувані планети розташовані в регіоні, приблизно на відстані Юпітера від нашого Сонця. І тіні здійснюють один оберт навколо зірки приблизно кожні 15 років — орбітальний період, який можна очікувати на такій відстані від зірки.

Крім того, ці два внутрішні диски нахилені приблизно на п’ять-сім градусів відносно площини зовнішнього диска. Це можна порівняти з діапазоном нахилів орбіти всередині нашої Сонячної системи.

Зовнішній диск, на який падають тіні, може в кілька разів перевищувати радіус пояса Койпера нашої Сонячної системи. Цей більший диск має дивовижну щілину, яка вдвічі перевищує середню відстань Плутона до Сонця. Це може бути доказом наявності третьої планети в системі.

Будь-які внутрішні планети було б важко виявити, оскільки їх світло загубилося б у сяйві зірки. Крім того, пил у системі зменшить відбите світло. Космічна обсерваторія Gaia ESA може виміряти коливання зірки, якщо планети з масою Юпітера тягнуть її, але на це знадобляться роки, враховуючи довгі орбітальні періоди.