Ученый ИКИ РАН раскрыл «тайны» третьей планеты Беты Живописца
Особенности «техники открытия» третьей планеты в системе звезды Бета Живописца (Beta Pictoris или Beta Pic a) раскрыла научный сотрудник Института космических исследований (ИКИ) РАН Владислава Ананьева. Ее рассказ 17 июля опубликовала пресс-служба института.
Открытие планеты, получившей обозначение Beta Pic d, было сделано с помощью инфракрасного спектрографа NIRSpec на борту космического телескопа им. Джеймса Уэбба (JWST, NASA).
Система Бета Живописца находится от Земли на расстоянии примерно 63 световых года. Две ее особенности сделали Бету Живописца хорошо известной астрономам. Первая особенность — Beta Pictoris стала одной из немногих экзопланетных систем, прямые изображения планет которой удалось получить астрономам. Вторая — вокруг ее звезды сохранился протопланетный диск, оставшийся после формирования планетной системы, которое, по-видимому, еще продолжается.
Диск интересен наличием в нем «щелей» и неоднородностей, что свидетельствует о вероятности существования в системе и других планет, кроме двух уже известных Beta Pic b и Beta Pic с. При этом открытие третьей планеты произошло почти случайно.
Как рассказала научный сотрудник лаборатории планетной астрономии отдела физики планет ИКИ РАН к. ф.-м. н. Владислава Ананьева, космический телескоп вел съемку окрестностей звезды Бета Живописца с помощью спектрографа NIRSpec в режиме интегрального поля (IFU), при котором для участка неба размерами 3×3 угловые секунды строится высококачественный спектр для каждой точки изображения, для каждого пикселя.
Поскольку сама звезда в сотни тысяч раз ярче своих планет, то для выявления в ее окрестностях слабых источников света спектр звезды вычитается из спектра каждой точки изображения, и рассматриваются лишь участки спектра с сильными линиями угарного газа и водяного пара.
В горячей фотосфере звезды Beta Pictoris нет угарного газа и водяного пара, которые есть в атмосферах планет-гигантов. Поэтому задачей астрономов был поиск на полученном спектрографом изображении источников света со спектрами, в которых присутствуют линии поглощения угарного газа и водяного пара.
Исследователи предполагали найти один такой источник — уже известную планету-гигант Бета Живописца b, но было обнаружено два: еще и планета d.
Существование рядом со звездой слабого источника с линиями угарного газа и водяного пара в спектре не дает гарантии наличия там планеты, поскольку такие линии есть в спектрах коричневых карликов, расположенных, возможно, очень далеко от исследуемой системы.
Физическую связь этого источника с системой звезды Бета Живописца мог подтвердить только факт, что он находится от нас примерно на том же расстоянии и движется со звездой примерно в том же направлении.
Чтобы выяснить это, спустя четыре месяца (21 и 29 марта) было проведено еще одно наблюдение системы. Поскольку положение возможной планеты относительно звезды не изменилось, их лучевые скорости оказались близки, а вероятность случайной проекции на окрестности Бета Живописца какого-нибудь далекого коричневого карлика составляет 1 к 10 миллионам. Всё вместе это доказало, что, действительно, была обнаружена планета, вращающаяся вокруг этой звезды.
С помощью новых и архивных наблюдений, полученных на одном из крупнейших наземных телескопов VLT Европейской Южной обсерватории, удалось более точно рассчитать параметры новой планеты. Угловая дифференциальная съемка (ADI), подавляющая свет яркой звезды и выявляющая слабые его источники в окрестностях светила, позволила получить изображения окрестностей Бета Живописца.
Планета d была обнаружена на инфракрасных снимках, полученных в 2023, 2020, 2019 и 2014 годах. Этими архивными наблюдениями была подтверждена принадлежность планеты d системе звезды Бета Живописца.
Анализ всех полученных данных дал такую картину. «Орбита планеты d лежит примерно в той же плоскости, что и орбиты планет b и c, но является внешней по отношению к ним. Большая полуось орбиты оценивается в 26,0 +2.2/-6,1 а. е., эксцентриситет не превышает 0,44, орбитальный период достигает 91 +18/-27 года. Масса планеты оценивается в 2,4 ± 0,6 масс Юпитера, радиус — в 1,26 ± 0,03 радиусов Юпитера, эффективная температура — в 600 +45/-60 градусов Кельвина», — сообщила Владислава Ананьева.
Астроном отметила, что Beta Pic d на сегодняшний день является самой «прохладной» планетой из доступных наземным инструментам, однако JWST способен вести прямую съемку планет-гигантов комнатной температуры (250–300 К).
Помимо угарного газа и водяного пара, в атмосфере новой планеты обнаружены метан и углекислый газ. Уточнить ее массу и орбитальные параметры ученые смогут после проведения дальнейших наблюдений.
