Возраст нашей Солнечной системы и ее планет в наше время можно определить с точностью в несколько миллионов лет. Предыдущие анализы метеоритов из времени рождения Солнечной системы датируются с помощью так называемого уран-свинцового метода в 4,45682 миллиарда лет. Но как точно родился этот ансамбль из желтой карликовой звезды, четырех каменных планет, четырех газовых гигантов и несчетного количества карликовых планет, комет и астероидов, известно намного меньше. Зато это постепенно можно проследить на наблюдаемых примерах в нашем космическом соседстве.

Совсем недавно, независимо друг от друга, но одновременно две команды астрономов предоставили на основе данных телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) убедительные подтверждения происходящего рождения трех экзопланет на орбитах недавно возникшей звезды HD 163296. Благодаря новой и оригинальной технике ученые смогли идентифицировать три характерных изменения в насыщенном газами диске вокруг молодой звезды – самое до сих пор явное указание на то, что там по своим орбитам движутся новообразованные планеты. И это первые планеты, которые открыты инструментом ALMA.

Многообещающая новая техника

«Измерения газового потока внутри протопланетарного диска дают нам намного больше уверенности, что возле молодой звезды уже присутствуют и планеты», - объясняет Кристофер Пинте из университета Монаша в австралийском Мельбурне и Института планетологии и астрофизики во французском Гренобле, который является автором одного из двух параллельных исследований. - «Эта техника дает нам идти в новом многообещающем направлении, чтобы понять, как возникают планетарные системы».

Снимок звезды HD 163296 с помощью ALMA показывает кольца из пыли и газа, в которых рождаются новые планеты. Фото ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); a. isella; b. saxton (NRAO/AUI/NSF)

Свое открытие обе группы ученых сделали в ходе анализа данных наблюдений ALMA за HD 163296, молодой звездой в созвездии Стрельца, примерно в 330 световых годах от Земли. Эта звезда обладает примерно двойной массой Солнца, но возраст ее составляет всего четыре миллиона лет – одну тысячную возраста Солнца.

«Мы наблюдали за локальными маломасштабными движениями газа в протопланетарном диске звезды. Такая абсолютно новая методика способна «сделать видимыми» некоторые очень молодые планеты в нашей галактике, благодаря снимкам высокого разрешения ALMA», - говорит Ричард Тиг, астроном университета в Мичигане, автор второго независимого исследования.

Тонкие изменения в газообразной окиси углерода

Вместо того, чтобы сконцентрироваться на пыли, имеющейся в диске, которая была четко отображена в предыдущих наблюдениях ALMA, астрономы стали исследовать газ – окись углерода (СО), простирающийся вокруг диска. Молекулы СО испускают характерное излучение в миллиметровом диапазоне волн, которые ALMA может наблюдать с большой точностью. И даже слабые и тонкие изменения длины волн этого света вследствие допплеровского эффекта свидетельствуют о движении газов в диске.

С помощью данных ALMA исследователи обнаружили самое сильное до сих пор указание на то, что в молодом околозвездном диске движутся новорожденные планеты. Снимок показывает часть массива данных ALMA в определенном диапазоне длины волн, в котором виден «изгиб», однозначно свидетельствующий о присутствии планеты. Фото ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); pinte et al.

Команда Тига идентифицировала таким образом две планеты, размещенные примерно в 12 миллиардах и 21 миллиарде километров от своей звезды. Другая группа, под руководством Пинте, выявила третью планету, удаленную от звезды примерно на 39 миллиардов километров. Обе команды использовали варианты одной и той же техники, направленной на поиски аномалий в газовом потоке. И, как показывает изменяющаяся длина волн эмиссии СО, результаты свидетельствуют о том, что газ взаимодействует там с массивным объектом.

Словно водоворот вокруг утеса в реке

В обоих случаях исследователи идентифицировали области, в которых поток газов не соответствует его окружению – подобно водовороту, кружащемуся вокруг утеса посреди реки. В ходе тщательного анализа этих движений они смогли четко распознать наличие планетарных тел, масса которых схожа с массой Юпитера. Новая техника позволяет астрономам более точно оценивать массу протопланет, а также снижает вероятность получения ошибочных результатов.