Астрономы Адам Краус (Adam Kraus) и Майкл Айрленд (Michael Ireland) из Гавайского университета в Маноа (США) и Университета Маккуори (Австралия), вероятно, сняли планету в момент её образования.

Объектом нового исследования стала звезда LkCa 15 — аналог Солнца, лежащий в приближенной (145 ± 15 пк) к нам области звездообразования в Тельце и Возничем. Масса LkCa 15 оценивается в 0,97 ± 0,03 солнечной, а её возраст составляет всего (2+2–1) млн лет. Ранее — в 2007-м — было установлено, что массивный протопланетный диск этого светила имеет сложную структуру со щелью: учёные зарегистрировали ближнее ИК-излучение «тёплой» пыли, находящейся в радиусе одной астрономической единицы от звезды, и среднее и дальнее ИК-излучение «холодной» пыли, удалённой более чем на 50 а. е., а срединная область диска оказалась свободной. Прошлогодние наблюдения диска LkCa 15, выполненные на телескопе «Субару», подтвердили эту информацию.

Образование щели в диске можно объяснить воздействием компаньона LkCa 15 из двойной системы, но его поиски ни к чему не привели. Когда этот вариант был исключён, самой перспективной стала гипотеза о формировании планеты на орбите звезды.


Диск LkCa 15, сфотографированный «Субару» в ближней ИК-области спектра. Сама звезда находится в закрашенной коричневым центральной области. Ниже показана схема диска LkCa 15. (Иллюстрация MPIA (C. Thalmann) & NAOJ.)

Чтобы проверить это предположение, авторы провели длительные наблюдения LkCa 15 на длинах волн в 2,1 и 3,7 мкм с помощью 10-метрового телескопа Кек II и системы адаптивной оптики. Последняя, напомним, нейтрализует искажения, вносимые атмосферой Земли в изображение космических объектов, и объединяет в себе анализатор снимков, программу, вырабатывающую сигналы коррекции, и некие механизмы, которые изменяют по приходу этих сигналов оптическую систему, приводя её к оптимальному виду. Поскольку форму массивного главного зеркала адаптивная оптика менять не может, ей приходится управлять «лёгким» многоэлементным зеркалом, установленным у выходного зрачка телескопа.

Г-да Краус и Айрленд использовали также давно известную интерферометрическую методику, которая позволяет довести разрешающую способность оптической системы до дифракционного предела. Её суть: астрономы намеренно блокируют часть собираемого излучения, устанавливая на его пути маску с небольшими отверстиями и разбивая исходную апертуру телескопа на некоторое число «субапертур», функционирующих подобно интерферометрическому массиву. В случае LkCa 15 применялась маска с девятью отверстиями, пропускавшая лишь 11% от общего падающего потока излучения.

Обработав данные, авторы выделили сразу три точечных источника излучения (один — на 2,1 мкм и два — на 3,7 мкм) в центре щели протопланетного диска. Истинное расстояние между этими объектами и звездой было оценено в 20,1 ± 2,8, 15,9 ± 2,1 и 18,4 ± 2,6 а. е.

Дальнейшие расчёты показали, что самую простую гипотезу, в которой центральный источник излучения на 2,1 мкм становится экзопланетой, а окружающее его излучение на 3,7 мкм испускается аккретирующим околопланетным веществом, следует считать и наиболее вероятной. Если указанные выше расстояния в 16–20 а. е. определены верно, орбитальный период молодой планеты, движущейся по круговой орбите, составит около 90 лет. В ближайшие годы это движение можно будет зарегистрировать на высоком уровне значимости.

Интересно, что ширина интервала между предполагаемой экзопланетой и краем щели намного превосходит расстояние, вычисляемое теоретически. Когда планета расчищает пространство в диске, размер «колеи» должен соответствовать радиусу сферы Хилла — участка, на котором планета притягивает свои спутники сильнее, чем LkCa 15, вокруг которой она обращается. Даже если масса обнаруженного тела составляет 10 юпитерианских, его радиус Хилла не превысит 2–3 а. е., тогда как ширина щели переваливает за 50 а. е.

Это может означать, что в системе LkCa 15 находятся другие планеты, менее яркие и оставшиеся незамеченными. Есть и альтернативное объяснение: найденная планета может двигаться не по круговой, а по вытянутой орбите.


Слева находится снимок диска LkCa 15, сделанный на длине волны в 850 мкм. Справа показаны точечные источники излучения в щели диска, обнаруженные авторами. Красным отмечено излучение на 3,7 мкм, синим — на 2,1 мкм. (Иллюстрация из Astrophysical Journal.)

Полная версия отчёта опубликована в издании Astrophysical Journal; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Обсерватории им. Кека.