Нова ера відкриття екзопланет: пряме зображення «молодшого брата Юпітера»

Вчені використали метод, який називається астрометрією, щоб отримати пряме зображення однієї з планет з найменшою масою, AF Lep b, яка обертається навколо молодої зірки, схожої на Сонце. Цей метод може революціонізувати спосіб виявлення позасонячних планет, особливо тих, які важко виявити через їх відстань, масу або орієнтацію відносно Землі.

Астрономи за допомогою обсерваторії WM Keck на Маунакеа, острів Гаваї, виявили одну з планет з найменшою масою, зображення якої були безпосередньо зроблені. Їм вдалося не тільки виміряти його масу, але й визначити, що його орбіта схожа на орбіту планет-гігантів у нашій Сонячній системі.

Планета, названа AF Lep b, є однією з перших, виявлених за допомогою методу, що називається астрометрією; цей метод вимірює тонкі рухи зорі-господаря протягом багатьох років, щоб допомогти астрономам визначити, чи не тягнуть її гравітаційно орбітальні компаньйони, які важко побачити, включаючи планети.

Пряме зображення, зроблене телескопом Keck II AF Lep b, позасонячної планети, яка має масу й орбіту, подібну до Юпітера. Авторство: Техаський університет в Остіні/Обсерваторія В. М. Кека

Дослідження, очолюване аспірантом астрономії Кайлом Френсоном з Техаського університету в Остіні (UT Austin), опубліковано в Astrophysical Journal Letters.

«Коли ми обробили спостереження за допомогою телескопа Keck II у режимі реального часу, щоб ретельно видалити відблиски зірки, планета одразу вискочила й стала помітнішою, чим довше ми спостерігали», — сказав Френсон.

Прямі зображення, зроблені командою Френсона, показали, що маса AF Lep b приблизно в три рази більша за Юпітер і обертається навколо AF Leporis, молодої зірки, схожої на Сонце, приблизно в 87,5 світлових років від нас. Вони зробили серію глибоких знімків планети, починаючи з грудня 2021 року; дві інші команди також зробили зображення тієї самої планети з тих пір.

«Це перший раз, коли цей метод був використаний для пошуку гігантської планети, що обертається навколо молодого аналога Сонця», — сказав Брендан Боулер, доцент кафедри астрономії в UT Austin і старший автор дослідження. «Це відкриває двері для використання цього підходу як нового інструменту для відкриття екзопланет ».

Рух екстрасонячної планети AF Lep b (біла пляма приблизно на 10 годині) навколо головної зірки (центр) можна побачити на цих двох зображеннях, зроблених у грудні 2021 року та лютому 2023 року. Зображення були зібрані за допомогою WM Keck. 10-метровий телескоп обсерваторії на Гаваях. Авторство: Кайл Франсон, Техаський університет в Остіні/Обсерваторія В. М. Кека

Незважаючи на те, що планета, що обертається, має набагато меншу масу, ніж її головна зірка, положення зірки трохи коливається навколо центру маси планетної системи. Астрометрія використовує цей зсув у положенні зірки на небі відносно інших зірок, щоб зробити висновок про існування планет, що обертаються навколо. Френсон і Боулер визначили зірку AF Leporis як таку, яка може містити планету, враховуючи те, як вона рухалася протягом 25 років спостережень із супутників Hipparcos і Gaia.

Щоб отримати пряме зображення планети, команда UT Austin використала адаптивну оптичну систему обсерваторії Кека, яка коригує коливання, викликані турбулентністю в атмосфері Землі, у поєднанні з векторним вихровим коронографом ближньої інфрачервоної камери 2 (NIRC2) телескопа Keck II, який пригнічує світло від головної зіркі, щоб планету було видно чіткіше. AF Lep b приблизно в 10 000 разів тьмяніша за свою головну зірку і розташована приблизно у 8 разів більша за відстань Земля-Сонце.

«Зображення планет є складним завданням», — сказав Френсон. «У нас є лише близько 15 прикладів, і ми вважаємо, що цей новий «динамічно інформований» підхід, можливий завдяки телескопу Keck II і адаптивній оптиці NIRC2, буде набагато ефективнішим порівняно зі сліпими дослідженнями, які проводилися протягом останніх двох десятиліть.»

Два найпоширеніші способи пошуку позасонячних планет включають спостереження за легким, періодичним затемненням зоряного світла, якщо планета регулярно проходить перед зіркою, як нічний метелик, що обертається навколо ліхтаря на ганку, і вимірювання дрібних змін частоти зоряного світла, яке є результатом того, що планета тягне зірку туди-сюди в напрямку до Землі. Обидва методи, як правило, найкраще працюють із великими планетами, які обертаються близько до своїх зірок, і обидва методи непрямі: ми не бачимо планету, ми бачимо лише те, як вона впливає на зірку. Джерело