PDS 70b – rosnąca egzoplaneta w ultrafiolecie

Kosmiczny Teleskop Hubble’a mimo swojego „sędziwego” wieku, nadal zaskakuje. Właśnie dał astronomom rzadkie spojrzenie na wciąż formującą się planetę wielkości Jowisza, która odżywia się materią otaczającą młodą gwiazdę. Nadal nie wiemy zbyt wiele o tym, jak rosną planety-olbrzymy, a ten system planetarny daje nam pierwszą możliwość zobaczenia w tak „bezpośredni” sposób, jak materia spada na tworzącą się planetę. Obserwacje systemu PDS 70, w tym PDS 70b otwierają zupełnie nowe możliwości.

Chociaż do tej pory skatalogowano ponad 4000 egzoplanet, tylko około 15 zostało do tej pory bezpośrednio sfotografowanych przez teleskopy. Egzoplanety są tak odległe i małe, że na najlepszych zdjęciach to po prostu mniejsze lub większe kropki. Dlatego każdy nowy krok do przodu w obserwacji egzoplanet jest niezwykle istotny. Nowa technika z wykorzystaniem Teleskopu Hubble’a do bezpośredniego zobrazowania tej planety wytycza nową drogę do dalszych badań egzoplanet, szczególnie tych będących w trakcie formowania się. Ogromna egzoplaneta, oznaczona jako PDS 70b, okrąża pomarańczowego karła PDS 70, o którym już wiadomo, że posiada co najmniej dwie aktywnie formujące się planety wewnątrz ogromnego dysku pyłu i gazu. Układ znajduje się około 370 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Centaura.

Ten system jest tak ekscytujący, ponieważ możemy być świadkami formowania się planety” – powiedział Yifan Zhou z University of Texas w Austin. „To najmłodsza prawdziwa planeta, jaką Hubble kiedykolwiek sfotografował. Będąca w wieku około pięciu milionów lat, planeta wciąż gromadzi materiał i buduje masę”.

Planeta PDS 70b z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Koronograf na kamerze Hubble’a blokuje blask gwiazdy centralnej, umożliwiając bezpośrednią obserwację planety. / Prawa: Joseph DePasquale (STScI)

Czułość Hubble’a na promieniowanie ultrafioletowe (UV) zapewnia wyjątkowe spojrzenie na promieniowanie pochodzące z niezwykle gorącego gazu spadającego na planetę. Obserwacje UV, które wzbogaciły materiał badawczy o tej planecie, pozwoliły zespołowi po raz pierwszy bezpośrednio zmierzyć tempo wzrostu masy planety. Odległy świat osiągnął już pięciokrotnie większą masę niż Jowisz w ciągu około pięciu milionów lat. Obecne zmierzone tempo akrecji zmniejszyło się do tego stopnia, że ​​gdyby tempo pozostało niezmienne przez kolejny milion lat, planeta zwiększyłaby się tylko o około 1/100 masy Jowisza. Zhou i Brendan Bowler (również z z University of Texas) podkreślają, że te obserwacje są pojedynczą migawką w czasie – potrzeba znacznie więcej danych, aby określić, czy tempo, w jakim planeta dodaje masę, rośnie, czy maleje. Dotychczasowe pomiary sugerują, że planeta znajduje się w końcowej fazie procesu formowania się.

Very Large Telescope uchwycił pierwsze wyraźne zdjęcie formującej się planety PDS 70b w 2018 roku. Planeta wyróżnia się jako jasny punkt na prawo od środka zdjęcia. / Prawa: ESO, VLT, André B. Müller (ESO)

Młody system PDS 70 jest wypełniony pierwotnym dyskiem gazowo-pyłowym, który dostarcza paliwa do napędzania wzrostu planet w całym układzie. Planeta PDS 70b jest otoczona własnym dyskiem, który zasysa materiał ze znacznie większego dysku okołogwiazdowego. Naukowcy postawili hipotezę, że linie pola magnetycznego rozciągają się od dysku okołoplanetarnego do atmosfery egzoplanety i niczym „lejki” kierują nowy materiał w kierunku powierzchni planety.

Wyzwaniem dla zespołu było pokonanie blasku samej gwiazdy. PDS 70b krąży w przybliżeniu w tej samej odległości co Uran od Słońca, ale jego gwiazda jest ponad 3000 razy jaśniejsza od planety w zakresie promieniowania UV. Przetwarzając obrazy, Zhou bardzo ostrożnie usunął blask gwiazdy, pozostawiając jedynie światło emitowane przez planetę. W ten sposób pięciokrotnie poprawił granicę odległości planety od swojej gwiazdy w obserwacjach Hubble’a.

„Trzydzieści jeden lat po starcie wciąż szukamy nowych sposobów korzystania z Hubble’a” – dodał Bowler. „Strategia obserwacyjna Yifana i technika przetwarzania końcowego otworzą nowe możliwości do wielokrotnego badania podobnych systemów, a nawet tego samego systemu za pomocą Teleskopu Hubble’a. Dzięki przyszłym obserwacjom moglibyśmy potencjalnie odkryć, w jaki sposób większość gazu i pyłu spada na ich planety i czy robi to w stałym tempie ”.

Wyniki naukowców zostały opublikowane w kwietniu 2021 roku w The Astronomical Journal.

• https://www.nasa.gov/feature/goddard/hubble-watches-how-a-giant-planet-grows
• https://hubblesite.org/contents/media/2021/021/01