Систему Бети Живописця астрономи вивчають десятиліттями як еталонний приклад молодої планетної системи, що ще формується. Здавалося, вона вже розкрила основні таємниці. Телескоп James Webb довів протилежне: у яскравому диску пилу навколо зорі ховалася третя планета-гігант, яку виявили не за світлою точкою, а за хімічним підписом її атмосфери.
Відкриття описане у статті, опублікованій в Astrophysical Journal Letters. Керівник дослідження — Ейдан Гіббс, постдокторант Каліфорнійського університету в Сан-Дієго.
Третя планета в добре знайомій системі
Бета Живописця розташована за 63 світлові роки від Землі, а її вік становить приблизно 23 мільйони років — за космічними мірками зовсім юна система. Раніше тут були відомі дві планети-гіганти: Beta Pictoris b, одна з перших екзопланет, сфотографованих напряму, і Beta Pictoris c.
Нова планета, Beta Pictoris d, за оцінками має масу щонайменше вдвічі більшу за Юпітер, що робить її найлегшою з трьох відомих гігантів системи. Вона обертається на відстані близько 30 астрономічних одиниць від зорі — це порівнянно з орбітою Нептуна в Сонячній системі. Це найширша орбіта серед трьох планет, хоча вона все ще лежить усередині внутрішнього краю пилового диска.
Тепер Бета Живописця — лише друга відома планетна система, у якій напряму зафіксовано щонайменше три планети.
Сигнал там, де його не чекали
Планету не шукали цілеспрямовано. Команда використовувала спектрограф NIRSpec телескопа Webb, точніше його блок інтегрального поля (Integral Field Unit), який одночасно дає зображення і спектр для кожного пікселя, щоб вивчити атмосферу вже відомої Beta Pictoris b.
Замість очікуваного гладкого спектра розсіяного зорею світла в даних зʼявився дивний набір піків і провалів — характерна послідовність ліній поглинання чадного газу, монооксиду вуглецю, схожа на штрихкод. Саме така картина типова для атмосфер планет-гігантів.
Спектроскопія дала змогу не лише визначити хімічний склад, а й обчислити швидкість руху обʼєкта — так звану променеву швидкість. Це дозволило встановити, що швидкість, положення і орієнтація обʼєкта відносно диска узгоджуються з планетою на орбіті Бети Живописця, а не з фоновою зорею чи коричневим карликом із власним монооксидом вуглецю в атмосфері.
Був неочікуваний яскравий обʼєкт на зображенні з блока інтегрального поля, але ми навчилися не довіряти яскравим плямам на знімках. Вони можуть бути артефактами приладу або структурами в диску уламків. Отримавши спектр одночасно із зображенням, ми змогли швидко підтвердити свої підозри.Жан-Батіст Руффіо, Каліфорнійський університет у Сан-Дієго
Пізніші спостереження іншим приладом Webb, MIRI, у рамках окремої заявки на спостережний час виявили в атмосфері планети водяну пару й метан, що остаточно підтвердило її природу і дало детальніше уявлення про хімію атмосфери.
Спектроскопія проти пилу диска
Beta Pictoris d роками залишалася непоміченою, бо перебуває всередині одного з найяскравіших відомих дисків уламків. Пил у диску розсіює світло зорі, наче туман, і це заважає традиційним методам зображення відрізнити планету від навколишніх структур.
Спектроскопічний підхід фактично ігнорує цей пил: він виокремлює лише вузькі молекулярні лінії, унікальні для атмосфери планети, і не залежить від фонового розсіяного світла.
Астрономи вважають, що присутність планети може пояснювати різко окреслений внутрішній край диска та інші незвичайні особливості його структури. Більше того, існування планети, подібної до Beta Pictoris d, передбачали ще до її виявлення саме для пояснення цих аномалій диска.
Новий метод пошуку світів
Це перша безпосередньо зафіксована планета, знайдена переважно завдяки спектроскопії помірної роздільної здатності, а не класичному коронографічному зображенню. Метод показує, що астрономи можуть виявляти планети у складних середовищах — там, де диски пилу чи яскраве світло зорі роблять пряме фотографування безсилим.
Окреме дослідження зображень під керівництвом Бена Сатліффа з Единбурзького університету та Маркуса Бонсе з Європейської південної обсерваторії незалежно підтвердило існування Beta Pictoris d, використавши дані Дуже великого телескопа (VLT) і камери NIRCam телескопа Webb.
Команда планує продовжити аналіз спостережень Webb, щоб точніше визначити температуру планети, склад її атмосфери та параметри орбіти — і додати ще одну деталь до історії однієї з найвідоміших планетних систем в астрономії.
