Космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) получил высококонтрастные коронографические изображения протопланетного диска у молодой звезды TW Гидры. Система находится в 194 световых годах от Земли в созвездии Гидры, и новые наблюдения показали, что диск имеет более сложную и искривленную структуру, чем предполагалось ранее.
Суть нового исследования — в нескольких цифрах и выводах, которые удобно держать в голове.
Главные мысли за 1 минуту
- Средний наклон диска TW Гидры — 8,74 градуса, позиционный угол — 75,62 градуса, но оба параметра меняются с расстоянием от звезды.
- Поверхность диска отражает 2,44% света звезды — это заметно выше, чем фиксировал ранее телескоп «Хаббл».
- Рассеянный свет показывает голубой цвет: в диске преобладают пылинки размером от долей микрона до нескольких микрометров.
- Структура на расстоянии 120 астрономических единиц от звезды выглядит раздвоенной — вероятно, там сказывается гравитация формирующихся планет.
- JWST исключил существование не скрытых пылью планет тяжелее 0,4 массы Юпитера за 60 а.е. от звезды и тяжелее двух масс Юпитера за 30 а.е.
Система, которую астрономы изучают десятилетиями
TW Гидры — звезда типа Т Тельца возрастом около 8 миллионов лет и массой примерно 0,87 массы Солнца. Она давно привлекает внимание исследователей: вокруг нее находится ближайший к Земле богатый газом протопланетный диск массой более 0,006 массы Солнца. В диске уже находили многочисленные кольца и промежутки в распределении газа и пыли — их принято считать признаками активного формирования планет. Кроме того, предполагается, что на расстоянии около 22 астрономических единиц от звезды обращается ледяной гигант.
Группа астрономов под руководством Юй-Цзя Лин из Аризонского университета использовала камеру ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, установленную на JWST. Благодаря высокой чувствительности инструмента исследователи детально изучили свет, рассеиваемый поверхностью диска, и смогли разглядеть тонкие структуры, которые раньше были недоступны для наблюдений. Заодно астрономы провели поиск возможных слабых объектов рядом со звездой.
Геометрия диска неожиданно изменилась
Новые наблюдения позволили уточнить ориентацию диска в пространстве. В среднем его наклон составляет 8,74 градуса, а позиционный угол — 75,62 градуса. Однако эти параметры заметно меняются по мере удаления от звезды. Такой разброс означает, что диск не является идеально плоским — его пространственная структура искривлена. Подобные деформации обычно связывают с гравитационным влиянием планет или звезд-компаньонов, хотя в данном случае прямых доказательств их присутствия пока нет.
Ярче, чем у Хаббла, и с голубым оттенком
Сравнение с данными, ранее полученными космическим телескопом «Хаббл», дало неожиданный результат: поверхность диска оказалась значительно ярче. Отношение яркости диска к яркости самой звезды составляет 2,44% — это существенно превышает более ранние оценки. Анализ цвета рассеянного света показал, что большая часть диска имеет преимущественно голубой цвет в ближнем инфракрасном диапазоне. Такая окраска указывает на преобладание пылевых частиц размером от долей микрона до нескольких микрометров.
Что скрывает внешняя граница диска
Особое внимание ученые уделили ранее обнаруженной структуре во внешней области диска, расположенной примерно в 120 астрономических единицах от звезды. Новые изображения показали, что она имеет выраженный раздвоенный вид. По мнению авторов работы, такое строение может свидетельствовать о наличии сложных подструктур, которые формируются в результате гравитационного взаимодействия между рождающимися планетами и окружающим их диском.
Поиск планет не дал прямых подтверждений
Дополнительная задача наблюдений заключалась в поиске возможных планет или звезд-компаньонов в системе TW Гидры. Новые данные позволили исключить существование не скрытых пылью объектов массой более 0,4 массы Юпитера на расстояниях свыше 60 астрономических единиц от звезды.
Также астрономы не увидели объектов тяжелее двух масс Юпитера за пределами 30 астрономических единиц. Такое ограничение приводит к выводу: если кольца, промежутки и спиральные структуры созданы планетами, их масса скорее всего не превышает массу Юпитера.
Не исключено, что такие объекты все еще скрыты плотной пылью и потому не видны прямыми наблюдениями.
Полученные результаты позволяют значительно лучше понять внутреннее устройство одного из самых известных протопланетных дисков. Благодаря высокой чувствительности JWST астрономы впервые смогли настолько детально изучить его пространственную геометрию, свойства пыли и сложные структуры, возникающие в процессе формирования будущей планетной системы.
Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.
