_ Webb găsește indicii despre o a treia planetă la PDS 70

Recensământul exoplanetelor este acum la 5.599 de descoperiri confirmate în 4.163 de sisteme stelare, cu alți 10.157 de candidați care așteaptă confirmarea. Până în prezent, marea majoritate dintre acestea au fost detectate folosind metode indirecte, inclusiv fotometria de tranzit (74,4%) și măsurători ale vitezei radiale (19,4%).

Numai 19 (sau 1,2%) au fost detectate prin imagistica directă. , o metodă în care lumina reflectată din atmosfera sau suprafața unei exoplanete este utilizată pentru a o detecta și caracteriza. Datorită celei mai recente generații de instrumente cu contrast ridicat și rezoluție unghiulară înaltă, acest lucru începe să se schimbe.

Aceasta include telescopul spațial James Webb și oglinzile sale sofisticate și suita avansată de imagini în infraroșu. Folosind datele obținute de Camera Near-Infrared (NIRCam) de la Webb, astronomii cu sondajul MIRI mid-INfrared Disk Survey (MINDS) au studiat recent o stea variabilă foarte tânără (PDS 70) la aproximativ 370 de ani lumină distanță, cu două protoplanete confirmate.

După ce au examinat sistemul și discul său extins de resturi, au găsit dovezi ale unei a treia protoplanete posibile care orbitează în jurul stelei. Aceste observații ar putea ajuta la avansarea înțelegerii sistemelor planetare care sunt încă în proces de formare.

Sondajul MINDS este o colaborare internațională formată din astronomi și fizicieni de la Institutul Max-Planck pentru Astronomie (MPIA) , Institutul Astronomic Kapteyn, Institutul de Cercetare Spațială de la Academia Austriacă de Științe (OAW-IFW), Institutul Max-Planck pentru Fizică Extraterestră (MPE), Centro de Astrobiología (CAB), Institutul Nazionale di Astrofisica (INAF) , Institutul de Studii Avansate din Dublin (DIAS), Institutul Olandez SRON pentru Cercetări Spațiale și mai multe universități.

Lucrul care descrie descoperirile lor va apărea în revista Astronomy & Astrophysics și este disponibil în prezent pe arXiv. server de pretipărire.

PDS 70 a fost subiect de interes în ultimii ani datorită vârstei sale fragede (5,3 până la 5,5 milioane de ani) și a discului protoplanetar din jur. Între 2018 și 2021, două planete protoplanete au fost confirmate în golurile acestui disc pe baza datelor de imagini directe obținute de telescoape sofisticate de la sol. Acestea au inclus instrumentele Spectro-Polarimetric High-Const Exoplanet Research (SPHERE) și GRAVITY de pe Very Large Telescope (VLT) al ESO și Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

În ultimii ani, Echipa MINDS a folosit datele spectrale Webb pentru a efectua inventare chimice pe discurile protoplanetare din mai multe sisteme stelare. Într-un studiu anterior bazat pe date de la Instrumentul Mid-Infrared (MIRI) al lui Webb, echipa MINDS a detectat apă în discul interior al PDS 70, situat la aproximativ 160 milioane km (100 milioane mi) sau 1,069 UA de stea, o descoperire care ar putea avea implicații pentru astrobiologie și originile apei pe planetele stâncoase (cum ar fi Pământul). Aceste rezultate au arătat capacitățile impresionante ale lui Webb și modul în care poate observa cosmosul în lungimi de undă în infraroșu (IR) inaccesibile observatoarelor de la sol.

Valentin Christiaens, cercetător postdoctoral F.R.S-FNRS la Universitatea din Liège și KU Leuven , a fost autorul principal al acestei ultime lucrări. „Avantajul instrumentelor lui Webb este că ele observă la lungimi de undă în infraroșu care nu pot fi observate de la sol din cauza atmosferei noastre, care absoarbe cea mai mare parte a spectrului infraroșu”, a spus el pentru Universe Today prin e-mail. „Datorită lui Webb putem obține măsurători ale planetelor în formare (numite protoplanete) în infraroșu, ceea ce ne permite să ne constrângem mai bine modelele de formare a planetelor”.

Pentru cel mai recent studiu, echipa MINDS a examinat PDS 70 folosind date de la NIRCam de la Webb, ca parte a programului MIRI Guaranteed Time Observations privind formarea planetelor. Christiaens și echipa sa au fost motivați să studieze în continuare PDS 70, deoarece cercetările anterioare au indicat posibila detectare a unei a treia protoplanete. Acest lucru face ca sistemul să fie un laborator ideal pentru a studia interacțiunile planetă-disc și pentru a căuta semnături de acreție. Prezența unui posibil al treilea semnal a fost detectată în 2019 de o echipă care folosea instrumentul VLT/SPHERE, dar a rămas neconfirmată de atunci.

O posibilă interpretare a acestui semnal a fost că urmărește o a treia planetă. Folosind datele NIRCam, Christiaens și colegii săi au căutat să redetecte acest semnal și să confirme că este o a treia planetă în sistem. JWST este deosebit de potrivit pentru această sarcină, datorită opticii sale avansate și a corografului, care elimină interferențele din imaginile lui Webb prin blocarea luminii stelei. El și colegii săi au fost, de asemenea, ajutați de algoritmi avansați care ajută la separarea stelelor de alte surse punctuale de pe orbită (cum ar fi exoplanetele) și de discurile de resturi. După cum a explicat Christiaens:

„Observarea unei alte stele, numită stea de referință, poate fi folosită pentru a scădea lumina din stea de interes și a căuta acolo exoplanete. În studiul nostru, am optat în schimb pentru o tehnică numită „scădere în rulare”, în care sunt luate două secvențe de imagini ale stelei de interes înainte și, respectiv, după rotirea instrumentului, astfel încât poziția unei exoplanete să se rotească în cele două secvențe de imagini. De acolo, prin scăderea imagini ale unei secvențe din cele ale celeilalte și invers, putem scăpa efectiv de lumina stelei și putem face imagini ale mediului ei – planete și disc.”

Echipa și-a combinat apoi măsurătorile. cu observații anterioare făcute cu instrumente de sol și comparate cu modelele de formare planetară. Din aceasta, ei au putut deduce cantitatea de gaz și praf acumulate în jurul protoplanetei în timpul perioadei de observație. Calitatea imaginilor le-a permis, de asemenea, să evidențieze un braț spiralat de gaz și praf care furnizează al doilea candidat confirmat (PDS 70 c), așa cum au prezis modelele. În cele din urmă, au detectat un semnal luminos în concordanță cu un candidat protoplanet învăluit în praf.

„Ceea ce face acest candidat atât de interesant este că ar putea fi în rezonanță 1:2:4 cu planetele b și c, deja confirmat. în sistem (adică, perioada sa orbitală va fi aproape exact de două ori și de patru ori mai scurtă decât cea a lui b și, respectiv, c)", a spus Christiaens. Acesta este exact ceea ce se întâmplă cu trei dintre lunile galileene ale lui Jupiter (Ganymede, Europa și Io), care sunt, de asemenea, într-o rezonanță 1:2:4. Posibilitatea unui sistem stelar cu trei planete în această relație orbitală ar fi o mină de aur pentru astronomi. „Cu toate acestea, sunt necesare mai multe observații înainte ca această rezonanță să poată fi confirmată”, a adăugat Christiaens.

Pe lângă demonstrarea capacităților lui Webb, aceste descoperiri ar putea ajuta la înțelegerea noastră actuală a modului în care sistemele planetare se formează și evoluează. Acesta este unul dintre obiectivele principale ale JWST: să folosească optica sa avansată în infraroșu pentru a sonda sisteme stelare tinere în care planetele sunt încă în proces de formare. Aceasta a fost o prioritate ridicată pentru astronomi de când Kepler a început să detecteze exoplanete care sfidau teoriile larg acceptate despre modul în care sistemele planetare se formează și evoluează. În special, detectarea multor giganți gazosi care orbitează aproape de soarele lor („Jupiteri fierbinți”) a contrazis teoriile conform cărora giganții gazosi se formează în zonele exterioare ale sistemelor stelare.

Prin observarea sistemelor de stele tinere în diferite etape ale formarea, astronomii speră să testeze diverse teorii despre cum a apărut sistemul solar.

Așa cum a rezumat Christiaens, „Se crede că migrația planetelor joacă un rol crucial în evoluția sistemelor planetare și ajută la explicarea diversității sistemelor găsite până în prezent prin metode indirecte. În multe sisteme mature, planetele au s-a descoperit că rezonează una cu cealaltă, sugerând că această migrație a avut într-adevăr loc în trecut. În cazul nostru, observăm un sistem foarte tânăr, încă în formare, în care cele două planete gigantice cunoscute par să fie în rezonanță și unde a treia planetă potențială, dacă ar fi confirmată, ar fi și cu celelalte două. În cazul sistemului solar, bănuim că migrația și capturarea rezonanței planetelor gigantice au avut loc probabil și cu mult timp în urmă, [ceea ce ar putea] explica lor. configurația curentă (ipoteza Great Tack). Aici este posibil să o observăm în direct într-un alt sistem!"

(Fluierul)