Молодая звездная система Бета Живописца, возраст которой составляет около 23 миллионов лет, давно привлекает внимание астрономов своим ярким пылевым диском и как минимум тремя массивными газовыми гигантами. Особое место среди них занимает планета Beta Pic b — это тяжеловес массой примерно в 11 Юпитеров. Она была впервые визуально зафиксирована еще в 2008 году. Сейчас этот гигант совершает свой неспешный путь по широкой орбите, на полный оборот по которой уходит порядка 23 земных лет.
Международная группа исследователей из Института астрономии Макса Планка в Германии и Обсерватории Лазурного берега во Франции решила изучить химический состав атмосферы этого мира. Для этого они задействовали обновленный научный инструмент GRAVITY+. Модернизированная версия прибора получила улучшенную адаптивную оптику, что позволило добиться невероятной стабильности изображения при прямом наблюдении за далекими планетами.
Химические часы натального диска
Ученые применили метод «изотопного зондирования», чтобы определить точное место рождения планеты внутри протопланетного диска. Суть метода заключается в измерении соотношения двух типов углерода (углерод-12 и углерод-13) в молекулах угарного газа (CO), находящихся в атмосфере гиганта.
В космосе существует невидимая граница, называемая «линией снега». Внутри этой зоны тепла от звезды достаточно, чтобы CO оставался газом. Снаружи, где гораздо холоднее, угарный газ замерзает, превращаясь в лед, который планеты легко захватывают при росте. Разные изотопы имеют разную массу, поэтому их поведение при замерзании слегка отличается. Если бы планета сформировалась далеко за линией снега, она накопила бы много тяжелого льда, и соотношение изотопов в ее составе было бы специфическим.
Ранее, используя старую версию инструмента GRAVITY, исследователи получили заниженное значение этого соотношения. Это навело их на мысль, что Beta Pic b родилась в холодной внешней зоне, а затем мигрировала ближе к звезде (сейчас она находится на расстоянии около 10 астрономических единиц). Однако точность того оборудования вызывала сомнения.
Новые данные и облака в небе
Благодаря возможностям GRAVITY+, команда под руководством фон Штауффенберг получила более чистые данные. Новое соотношение оказалось значительно выше прежнего и совпало с результатами другой научной группы, использовавшей иной телескоп. Более того, оно соответствует средним показателям для Солнечной системы и межзвездного пространства.
Это открытие имеет двоякий эффект. С одной стороны, оно доказывает колоссальную мощь нового прибора. С другой — ставит крест на идее использовать данный изотопный маркер как надежный компас для поиска родины планет. Выяснилось, что разница в химии между теплой газовой зоной и холодной областью льдов слишком мала, чтобы современные приборы могли ее четко зафиксировать.
«Использовать тяжелый углерод-13 как путеводную нить в вопросе рождения гигантов пока крайне сложно из-за погрешностей в расчетах и наблюдениях», — поясняет фон Штауффенберг.
Помимо состава воздуха, астрономы уловили слабые колебания яркости планеты. Сигнал нестабилен, но он повторяется каждые 8,7 часа — ровно столько времени нужно планете, чтобы обернуться вокруг своей оси. Скорее всего, это говорит о наличии плотных облачных массивов или активных химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые то появляются, то исчезают на дневной стороне.
На данный момент кажется, что мы упускаем какую-то важную физику процессов в дисках. Газовые гиганты с широкими орбитами продолжают надежно хранить тайну своего появления на свет, и исследователям потребуются еще более совершенные инструменты, чтобы заставить их раскрыть свои секреты.
На обложке: это изображение художника показывает, как может выглядеть планета внутри диска Beta Pictoris. Фото: ESO / Л. Кальсада
