Астрономы напрямую рассмотрели третьего экзогиганта у Беты Живописца

Астрономы случайно напрямую обнаружили третью экзопланету у звезды Беты Живописца. Она оказалась самой тусклой по абсолютной звездной величине и одной из самых легких экзопланет, когда-либо напрямую наблюдавшихся наземным телескопом. Открытие Беты Живописца d позволяет объяснить частые транзиты экзокомет по звезде и структуру обломочного диска. Статья опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.

Прямые наблюдения за экзопланетами — весьма красивый и результативный способ определять их свойства. Однако эта методика стала применима лишь пару десятилетий назад, так как требует крупных телескопов и чувствительных приемников излучения. Благодаря прямым наблюдениям можно обнаружить крупные экзопланеты и коричневые карлики на широких орбитах, которые не поддаются другим наблюдениям, исследовать растущие протопланеты и разобраться в эволюции мультипланетных систем.

Группа астрономов во главе с Беном Сатлиффом (Ben J. Sutlieff) из Эдинбургского университета и Маркусом Бонсе (Markus J. Bonse) из Европейской южной обсерватории сообщила об открытии третьей экзопланеты у звезды Беты Живописца. Исследователи заметили экзопланету на прямых изображениях системы, полученных приемниками SPHERE и ERIS, установленных на телескопах комплекса VLT (Very Large Telescope) в Чили, и камерами NIRCam «Джеймса Уэбба», с 2014 по 2025 год. Наблюдения велись в ближнем и среднем инфракрасных диапазонах.

Бета Живописца расположена в 63 световых годах от Солнца, это очень юное (около 20–26 миллионов лет) светило типа A6V, которое неоднократно становилось предметом интереса экзопланетологов. У звезды обнаружили диск из обломков и пыли, в котором находятся кандидаты в экзокомыеты и происходят столкновения планетезималей, а еще два экзогиганта: облачный суперюпитер Бета Живописца b (около 9,3 массы Юпитера) и Бета Живописца c (около 8,89 массы Юпитера).

Открытие Беты Живописца d произошло случайно — целью астрономов было уточнение характеристик других экзопланет у звезды. На снимках обнаружился новый точечный источник излучения к юго-западу от светила, который из-за низкой чувствительности не был заметен в архивных данных наблюдений приемника NaCo на VLT в период с 2003 по 2015 год. Анализ параметров собственного движения источника подтвердил, что это не фоновая звезда или галактика, а гравитационно связанное со звездой тело. Его расчетная орбита близка к орбитам двух других экзопланет в системе и характеризуется длиной большой полуоси 26 астрономических единиц, наклонением 89 градусов, эксцентриситетом менее 0,44 и периодом обращения в 91 год.

Ученые пришли к выводу, что Бета Живописца d вписывается в модель экзогиганта с расчетной массой 2,4 массы Юпитера, радиусом 1,26 радиуса Юпитера и эффективной температурой 600 кельвин. Она обладает низкой светимостью, демонстрирует заметные признаки наличия углекислоты в атмосфере и повышенную металличность по сравнению с экзопланетами-сиротами. 

Для расчетов свойств Беты Живописца d ученые исходили из модели «горячего старта», связанной с быстрым формированием экзопланеты за счет гравитационной неустойчивости в протопланетном диске. Однако малая светимость подходит и под модель «холодного старта», когда планета формируется за счет аккреции вещества околозвездного диска на твердое ядро. Если окажется, что вторая идея верна, то система Беты Живописца окажется первой, где есть экзогиганты, образованные обоими механизмами. Кроме того, обнаружение Беты Живописца d позволяет объяснить частые транзиты экзокомет (экзопланета выталкивает их из обломочного пояса ближе к звезде) и форму внутреннего края околозвездного диска.

А еще в обломочном диске у звезды «Джеймс Уэбб» ранее нашел «кошачий хвост» — так назвали необычную изогнутую структуру, возникшую при столкновении в нем тел.