В поисках самой молодой планеты во Вселенной астрономы могли случайно наткнуться на что-то совершенно новое.
Во вселенной трудно взрослеть. В великом гравитационном танце космоса обычно побеждают самые большие, самые массивные семена: они притягивают к себе все больше и больше материи из всего, что находится вокруг. В молекулярном облаке, формирующем звезды, это обычно означает, что сгустки с наибольшей массой вырастают в звезды, а оставшаяся масса сплющивается в диск. Внутри этого диска формируются более мелкие глыбы, вырастающие в планеты, луны и другие ледяные и каменистые тела.
Взгляд на протопланетный диск вокруг молодой звезды дает ключ к пониманию того, как формируются планеты. Находящаяся в 600 световых годах от нас звезда CS Cha в маленьком южном созвездии Хамелеона представляет собой маломассивную двойную звездную систему, находящуюся в процессе формирования. В поисках планет ученые наткнулись на то, чего никогда раньше не видели. Мы все еще проводим расследование, но может оказаться, что мы являемся свидетелями рождения коричневого карлика: звезды-неудачника.
Везде, где у вас есть достаточно массивное молекулярное облако газа, у вас есть потенциал для образования новой звезды. Если это облако достаточно остынет, оно начнет коллапсировать, и самые большие первоначальные несовершенства притянут к себе большую часть материи. CS Cha - одна из таких новорожденных систем, центральная область которой состоит из двойной звездной системы, находящейся в процессе формирования. Звезды окружены пыльным диском: именно то, что мы ожидаем от недавно формирующейся звездной системы. Используя инструмент СФЕРА на Очень Большом Телескопе в Чили, они очень подробно измерили систему, ее диск и окрестности. В общем, они искали новые планеты, но то, что они нашли, оказалось даже лучше, чем новорожденная планета.
Обычно свет от звезды исходит неполяризованным: то, как ориентированы электрические и магнитные поля света, в основном случайны. Однако когда свет отражается от чего-либо, он становится поляризованным. Так что звездный свет неполяризован, но свет от протопланетного диска должен быть поляризован. И рядом с этим диском в инфракрасном диапазоне тоже был обнаружен небольшой объект. Согласно новой статье, которая будет опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics, этот объект имел достаточную яркость, чтобы быть либо планетой, либо коричневым карликом с малой массой. Удивительно, однако, что свет от этого объекта, который должен излучать собственное неполяризованное излучение, в конце концов оказывается поляризованным.
Если бы это была газовая планета-гигант или коричневый карлик, свет был бы слегка поляризован: примерно на уровне 1%. Астрономы долго искали этот тип сигнала вокруг подобных систем, но безрезультатно. Впервые вокруг этого крошечного компаньона была обнаружена поляризационная сигнатура. Но уровень поляризации не был на уровне 1%, как мы ожидали. Наоборот, оно было буквально астрономическим: сигнатура поляризации была на колоссальных, беспрецедентных 14%! (Существуют небольшие различия от диапазона к диапазону.) Во Вселенной очень и очень мало объектов, которые могут вызвать такую сильную поляризацию, поэтому работающая над этим группа, возглавляемая Кристианом Гински, должна была быть чрезвычайно осторожной.
Одна из идей, которая сразу же пришла на ум, заключалась в том, что это может быть не настоящий компаньон системы, а скорее далекая фоновая галактика, излучающая сильно поляризованный свет. На этом уровне могут быть поляризованы активные галактики, в которых в настоящее время питаются их сверхмассивные черные дыры, пожирая материю и выбрасывая чрезвычайно энергетические джеты. Но команда Гински исследовала эту возможность, обратившись к более старым данным, полученным космическим телескопом Хаббл много лет назад, чтобы посмотреть, можно ли обнаружить сигнатуру такого компаньона. Хотя ничего похожего не было, у Хаббла всегда были эти надоедливые дифракционные всплески из-за его присущей конструкции. Хотя в ближайшем будущем появится телескоп без них, в настоящее время нам приходится использовать сложные методы обработки для их удаления. Так они и сделали, и о чудо, там был компаньон.
Если бы это был фоновый объект, он не выглядел бы в том же положении много лет назад, что и сегодня, из-за собственного движения звезды по небу. Так что этот слабый шар сильно поляризованного света действительно оказался компаньоном CS Cha. Что это значит? По словам самого Гински (выделено мной жирным шрифтом):
Самая захватывающая часть заключается в том, что свет компаньона сильно поляризован. Такое предпочтение в направлении поляризации обычно происходит, когда свет рассеивается по пути. Мы подозреваем, что компаньон окружен [своим] собственным пылевым диском. Сложность заключается в том, что диск блокирует большую часть света, поэтому мы с трудом можем определить массу компаньона.
Что интересно в этом, так это то, что данные подразумевают не только то, что компаньон имеет свой собственный диск, но и то, что диск не выровнен с диском основной, двоичной системы!
Для того, чтобы воспроизвести подписи, которые мы видим, диск должен быть практически ребром к нашей прямой видимости. Что кажется странным, потому что у основной бинарной системы, которой является CS Cha, диск наклонен где-то между ребром и лицом. Это будет не первый раз, когда мы наблюдаем такое смещение, так как пыльные, смещенные бинарные и тройные системы были замечены раньше. Но это уже первый раз, когда мы обнаружили поляризованного компаньона за пределами одного из этих протопланетных дисков! Однако из-за того, что этот пылевой диск блокирует так много света, нам трудно сказать, какова масса этого компаньона. Это планета класса Юпитер? Супер-Юпитер? Или, как предполагают авторы, это маломассивный коричневый карлик: несостоявшаяся звезда?
С пыльным диском вокруг компаньона есть почти уверенность, что чем бы он ни был, в ближайшем будущем он будет разрабатывать своих собственных орбитальных компаньонов!
В возрасте всего от 2 до 3 миллионов лет мы не только еще не уверены, но даже не уверены, что эта система завершила формирование. Инструмент СФЕРА на борту Очень Большого Телескопа исчерпал свои возможности обнаружения с помощью инфракрасной астрономии, но если мы перейдем к более длинным волнам и другому типу обсерватории, мы сможем выяснить это раз и навсегда. Вот почему у команды запланированы последующие наблюдения с использованием ALMA: большого миллиметрового/субмиллиметрового массива Atacama.
Когда вы начинаете думать об этой системе, возникает множество дополнительных вопросов. Растет ли масса спутника? Изменяется ли исходящий от него свет со временем? Формируются ли планеты в диске вокруг главной двойной системы? Изменится ли степень поляризации с течением времени? Основной диск вокруг двойной системы заканчивается примерно на расстоянии от Солнца до афелия Плутона, но расширенный компаньон находится примерно в четыре раза дальше. И как заключают авторы в своей статье:
Мы обнаружили, что набор наблюдений лучше всего объясняется сильно потухшим коричневым карликом с малой массой (∼ 20 MJup) или планетой с большой массой с неразрешенным диском и пылевой оболочкой.
Мы могли бы впервые наблюдать субзвездную или планетарную систему в процессе формирования: увеличенную версию Юпитера и спутников Юпитера. По мере того, как мы узнаем больше информации об этой конкретной системе и других подобных ей, мы находимся на пути к тому, чтобы точно узнать, как формируются, развиваются и растут звездные системы в этой Вселенной. Это невероятное время, чтобы смотреть вверх!