Телескоп VLT Южной европейской обсерватории (ESO) в Чили сфотографировал две экзопланеты — газовые гиганты возле молодой звезды в южном небе. Это первый прямой снимок системы нескольких экзопланет возле звезды класса Солнца.
Очень молодая звезда с обозначением TYC 8998-760-1 находится на расстоянии 300 световых лет в созвездии Мухи (Musca) в южном полушарии. Её возраст 17 миллионов лет, и она принадлежит к активной области звездообразования Скорпиона-Центавра, ближайшей к нам. Ранее у неё уже был обнаружен один спутник планетарной массы. Телескоп VLT (Very Large Terlescope) с прибором SPHERE использовался для получения прямого изображения этой системы. Исследование опубликовано 22 июля 2020 года в The Astrophysical Research Letters (оттиск статьи также свободно доступен на сайте ESO).
Прямые наблюдения планет в двугих звёздных системах — это очень редкая удача. Большинство из 4000 обнаруженных экзопланет открыли косвенными способами — в основном методом транзита и радиальной скорости (подробнее про эти две техники можно прочитать в статьях: транзитный метод, метод радиальной скорости). Учитывая типичные расстояния до ближних звёзд, размеры их планетных систем и соотношение яркостей звезды и планет прямое обнаружение экзопланеты эквивалентно такой задаче: при помощи телескопа из Петербурга различить маяк во Владивостоке и обнаружить зажжённую рядом с маяком свечку. Ещё реже появляется возможность заснять более одной планеты возле звезды. До этого таких случаев было всего два, но обе звезды принадлежали к совсем другому классу звёзд, чем Солнце.
Только около 50 экзопланет из общего списка обнаружены методом прямого наблюдения. Но даже в этих случаях требуемое разрешение телескопов недостаточно для подобных снимков: обычно планеты размером меньше пикселя, а оптический сигнал от экзопланеты тонет в шумах от звезды. Поэтому для выделения сигнала от планеты используются сложные техники фильтрования изображения и выделения сигнала из шума, а фотографирование соответствующего участка неба выполняется многократно — так удаётся убрать статические объекты, зафиксировать перемещение неяркого пятна размером в пиксель возле звезды и установить, что это именно обращающаяся экзопланета. В 2004 году телескоп VLT получил первый прямой снимок экзопланеты. С 2014 года задачи прямого наблюдения экзопланет, а также малых тел Солнечной системы решает комплексный инструмент SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument) на одном из модулей VLT.
В данном случае прямым наблюдениям способствовал удачный набор параметров звёздной системы: звезда — жёлтый карлик (как Солнце) и относительно неяркая, а две её планеты — газовые гиганты — имеют большие размеры и находятся на огромных по масштабам Солнечной системы расстояниях — 160 и 320 астрономических единиц. В Солнечной системе Юпитер находится на расстоянии 5,5 а.е., а самая дальняя планета Нептун — 30 а.е. Кроме того, планеты массивнее Юпитера в 14 и 6 раз. В экзопланетологии подобные планетные объекты раньше в больших количествах открывали на очень близких к звезде расстояниях, меньше орбиты Меркурия, а периоды их обращения измерялись сутками. Они получили название «горячих Юпитеров». У астрономов даже сложилось впечатление, что горячие Юпитеры — обычные объекты в звёздных системах, и наша система, каким-то образом лишённая их, стала исключением. Одна из гипотез допускает, что газовые гиганты, в том числе в Солнечной системе, могли формироваться вблизи звезды и затем мигрировать на дальние орбиты.
Открытые спутники по размерам и удалению необычны по сравнению с планетами Солнечной системы. Параметры подобных тел-компаньонов звезды близки к коричневым карликам — субзвёздным объектам с массой в несколько масс Юпитера, но недостаточной для термоядерной реакции водородного нуклеосинтеза. Разграничение между классами планет и таких звёзд уже весьма условно. Так, эффективная температура дальней из планет, TYC 8998-760-1 c, составляет около 1200 K. Поэтому в таких случаях необходимо определить, идёт ли речь о звезде с её планетами или о кратной звёздной системе. Часто различие между слишком крупными планетами и «неудавшимися звёздами» определяется только по особенностям спектра и принадлежности к определённой фазовой области спектральных диаграмм.
Звезда TYC 8998-760-1 интересна тем, что она близка к Солнечной системе на её ранних стадиях. Дальнейшие исследования, включая будущие наблюдения на строящемся новом телескопе ELT (Extremely Large Telescope), возможно, смогут различить вокруг неё планеты меньшей массы, вплоть до земных, и установить, сформировались ли эти планеты-гиганты там, где находятся сейчас или мигрировали в процессе эволюции — вопрос, актуальный и для понимания эволюции нашей планетной системы.
