Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) с момента ввода в эксплуатацию в 2022 году открыл новые возможности для изучения экзопланет. Благодаря работе группы ученых под руководством исследователя из CNRS (Национальный центр научных исследований) в Обсерватории Париж-PSL и Университета Гренобль-Альпы, телескоп впервые напрямую сфотографировал ранее неизвестную экзопланету. Открытие, опубликованное в журнале Nature, стало возможным благодаря французскому коронографу, установленному на инструменте MIRI телескопа.

Коронограф — устройство, которое блокирует свет звезды, чтобы разглядеть близкие к ней объекты (как Луна во время затмения закрывает Солнце). Без него слабый свет экзопланет теряется в ярком сиянии их звезд.

Экзопланеты — главные цели астрономических наблюдений, ведь их изучение помогает понять, как формируются планетные системы, включая нашу. Хотя тысячи из них уже обнаружены косвенными методами, получить их изображения куда сложнее. Они тусклые и расположены так близко к своим звездам, что их сигнал просто теряется в светимости звезды. Чтобы решить эту проблему, CNRS совместно с CEA разработал коронограф для инструмента MIRI на JWST. Он работает как искусственное затмение: закрывая звезду, он позволяет разглядеть объекты вокруг нее. Именно так ученые обнаружили новую экзопланету в диске из каменистых обломков и пыли.

Кольца в пылевых дисках

Исследователи сосредоточились на молодых системах, которым всего несколько миллионов лет. Их удобно наблюдать «с полюса» — так диск виден сверху. Недавно сформировавшиеся планеты в таких дисках еще горячие, а значит, ярче старых. Особый интерес вызвали две системы, где предыдущие наблюдения показали концентрические кольца. Ученые предполагали, что эти структуры возникают из-за гравитационного влияния невидимых планет.

Одна из систем, TWA 7, имеет три кольца, причем одно из них очень узкое и окружено пустыми участками. На снимке JWST в центре этого кольца обнаружился источник света. Исключив возможные ошибки наблюдения, ученые пришли к выводу, что это экзопланета. Компьютерные модели подтвердили: тонкое кольцо и «дыра» на ее месте идеально совпадают с данными телескопа.

Что дальше

Новая экзопланета, TWA 7 b, в десять раз легче тех, что удавалось снять ранее. Ее масса сравнима с Сатурном — около 30% от Юпитера. Это важный шаг в поиске небольших экзопланет, больше похожих на Землю, чем на газовых гигантов. В будущем JWST, возможно, сможет находить планеты еще меньше — с массой всего 10% от Юпитера. Открытие доказывает перспективность новых телескопов с улучшенными коронографами. Ученые уже выбирают цели для следующих наблюдений.

Прямое изображение экзопланеты — не просто красивая картинка. Это ключ к пониманию формирования планетных систем. Если мы научимся находить планеты в пылевых дисках, то сможем:

• Понять, как рождаются планеты — сравнить процессы в других системах с нашей Солнечной.
• Найти потенциально обитаемые миры — молодые планеты в дисках могут стать «зародышами» землеподобных тел.
• Улучшить инструменты — коронографы следующего поколения будут точнее, что ускорит поиск жизни вне Земли.

Хотя открытие впечатляет, метод имеет ограничения:

• Узкая область применения — коронографы эффективны только для молодых, горячих планет в пылевых дисках. Холодные или старые миры остаются «невидимками».
• Зависимость от удачного ракурса — системы должны быть видны «с полюса», что сокращает число возможных целей.

Ранее ученые выяснили, как планеты выживают в огненном кольце звезд.