Фотографії екзопланет, отримані телескопом Джеміні, допоможуть пролити світло на найраніші етапи утворення Сонячної системи.
У листопаді 2014 року в Чилійських Андах на висоті 2700 метрів над рівнем моря почав роботу один з найсучасніших інструментів для спостереження далеких планет за межами Сонячної системи - Gemini Planet Imager (GPI). Він являє собою систему спеціальної адаптивної оптики, яка дозволяє отримувати фотографії екзопланет з недоступною раніше якістю.
Складність завдання полягає в тому, що потрібно зробити знімок тьмяного об'єкта - планети на тлі яскравої зірки, навколо якої вона обертається. Це приблизно як сфотографувати божу корівку, що пролітає в світлі фар автомобіля на іншому кінці континенту. Але навіть такі труднощі виявилися подолані, і ось днями група дослідників опублікувала результати спостереження за планетою 51 Eridani b.
Система GPI була розроблена для виявлення газових гігантів - планет розміром з Юпітер. Чому астрономи мають такий великий інтерес до великих планет? Звичайно, чим більше планета, тим простіше її виявити, проте справа тут зовсім не в цьому. Дослідники намагаються встановити механізми, за якими у всесвіті формуються планетні системи. Понад чотири з половиною мільярди років тому з величезної молекулярної хмари утворилася наша Сонячна система. Вважається, що в результаті гравітаційних обурень вихідна хмара розрідженого газу, яка може простягатися в просторі на десятки світлових років, починає стискатися, формуючи плоский диск речовини, що швидко обертається - протопланетний диск. У центрі цього диска знаходиться молода зірка, а навколо неї з охоплюючої речовини починають формуватися планети. Весь цей процес займає від мільйона до десятків мільйонів років. З невеликими планетами, розташованими близько від зірки, на кшталт нашої Землі, все йде досить просто, а ось гіганти на зразок Юпітера ставлять дослідникам великі питання.
Існують дві теорії, які намагаються пояснити утворення планет-гігантів. Перша, так званий «гарячий старт», передбачає швидке зростання гіганта в результаті акреції розігрітої речовини протопланетного диска. Залежно від отриманого розміру планета може стати газовим гігантом, а якщо її маса буде в кілька десятків разів більше маси Юпітера, то навіть бурим карликом. Бурий карлик - це небесне тіло, що займає проміжне положення між планетою і зіркою. Його маси недостатньо для підтримки умов термоядерної реакції горіння водню, як, наприклад, на Сонці. Тому, навіть якщо на початковому етапі всередині бурого карлика протікають ядерні реакції, вони незабаром загасають, а карлик починає поступово остигати. Друга гіпотеза - так званий «холодний старт». Суть процесу полягає в тому, що на початковому етапі формується тверде скельне ядро майбутньої планети. Власне це і є механізм освіти маленьких планет. Але в разі великої планети зростання не зупиняється, і тверде ядро починає притягувати до себе газоподібну речовину з протопланетного диска. На відміну від швидкого «гарячого старту», при такому процесі планета виходить відносно «холодною» і, як правило, меншого розміру, та й за часом таке зростання більш тривале. Вважається, що Юпітер утворився за другою схемою, на що вказує, в тому числі, його тверде ядро. Однак точної визначеності в цьому питанні поки немає, до того ж процеси формування планет у Сонячній системі завершилися більше чотирьох мільярдів років тому, що досить ускладнює відповідь на питання «як же було насправді».
Для того щоб відкрити завісу таємниці над самим раннім періодом життя планет, астрономи обсерваторії Джеміні (Gemini) вибрали 600 найбільш близьких до нас зірок для спостереження за допомогою нової камери GPI. Вибір припав на молоді зірки, навколо яких процес формування планет ще активний або закінчився зовсім недавно, за космічними мірками, звичайно. Одним з таких об'єктів для спостереження стала зірка 51 Eridani, що знаходиться від нас в 10 світлових роках у сузір'ї Ерідана. Це молода зірка, що з'явилася «всього» лише близько двадцяти мільйонів років тому, а це означає, що і планети навколо неї також знаходяться на самому ранньому етапі розвитку. Спектри інфрачервоного випромінювання, що виходить від планети, дозволили встановити деякі параметри. Її маса приблизно в два рази більше Юпітера, вона знаходиться в 13 разів далі від своєї зірки, ніж Земля від Сонця, а також в її атмосфері міститься багато метану. Останній факт разом з низькою температурою, яку дослідники оцінили в 400оС, дозволив припустити, що ця планета могла стати результатом саме «холодного старту». Це досить примітне спостереження, тому що більшість виявлених раніше екзопланет були якраз гарячими. Поки що ще рано стверджувати про те, як саме сформувалася планета 51 Eridani b, проте важливо, що вже зараз астрономи почали не просто фіксувати нові знайдені екзопланети, а й отримувати унікальні дані про їх будову і властивості. Дослідження великої кількості планетарних систем дозволить зрозуміти, наскільки наша Сонячна система, як і планета Земля, унікальні на просторах всесвіту.
За матеріалами UC Berkeley