Фомальгаут б - Fomalhaut b

Для второй звезды в системе Фомальгаут см. TW Piscis Austrini.
Фомальгаут б
Хаббл НАСА обнаружил чужую планетарную орбиту для Фомальгаута B.jpg
Фомальгаут и Фомальгаут b в 2012 г. (STIS ) (8 января 2013 г.) (НАСА)
Открытие
ОбнаружилKalas et al.[1]
Сайт открытияКосмический телескоп Хаббла
Дата открытия13 ноября 2008 г.
Прямая визуализация
Орбитальные характеристики
177 ± 68 а.е. (2,65×1010 ± 1.02×1010 км)[2]
Эксцентриситет0.8±0.1[2]
~1700[2] у
Наклон−55±14[2]
152±13[2]
26±25[2]
ЗвездаФомальгаут

Фомальгаут б, официально названный Дагон (/ˈdeɪɡən/),[3] подтверждено,[4] непосредственно изображение[1] внесолнечный объект и планета-кандидат на орбите Звезда главной последовательности А-типа Фомальгаут, примерно 25 световых лет прочь в созвездие из Piscis Austrinus. Первоначально об объекте было объявлено в 2008 году, а его реальность была подтверждена в 2012 году на основе изображений, сделанных с помощью Advanced Camera for Surveys (ACS) на Космический телескоп Хаббла и, согласно расчетам, опубликованным в январе 2013 г.,[5][6] имеет 1700-летний[2] высокоэллиптическая орбита. Его периастр составляет 7,4 миллиарда км (~ 50 а.е.) и апастрон около 44 миллиардов км (~ 300 а.е.). По состоянию на 25 мая 2013 г. это 110 астрономических единиц от родительской звезды.

Истинная природа Фомальгаута b является предметом серьезных споров. Fomalhaut b изначально был определен как один из первых экзопланеты для непосредственного отображения: его обнаружение было связано с отраженным светом от околопланетного материала (например, пылевого кольца) и тепловым излучением от атмосферы планеты-гиганта. Впоследствии Фомальгаут b был описан как планета с малой массой, окружающее пылевое облако которой полностью отвечает за его обнаружение, или, совсем недавно, за обломки планеты. столкновение из астероиды вместо.[7][8]

Объект был одним из выбранных Международный астрономический союз как часть публичного процесса присвоения экзопланетам собственных имен.[9][10] Процесс включал публичное выдвижение и голосование за новое имя.[11] В декабре 2015 года IAU объявило, что победителем стал Дагон.[12] Имя Дагон было предложено доктором Тоддом Ваккаро и передано Планетарий государственного университета Сент-Клауда в МАС для рассмотрения.[13] Дагон был Семитское божество, часто изображаемый в виде получеловека-полурыбы.[14]

Резюме

Природа Fomalhaut b неясна. С одной стороны, Фомальгаут b может быть планетой, масса которой меньше чем вдвое превышает массу Юпитера, которая либо окутана сферическим облаком пыли от продолжающихся столкновений планетезималей.[4][15] или окруженный большой околопланетной системой колец,[1] любой из них ответственен за рассеивание света первичной звезды и, таким образом, делает видимым Фомальгаут b. В качестве альтернативы, это может быть скопление обломков от недавнего столкновения между телами размером с комету и астероид, а не на самом деле планета.[16][8]

Фомальгаут б и три товарища вокруг HR 8799, открытие которых было объявлено одновременно, были названы первыми внесолнечными планетами, получившими прямое изображение[17] (среди более ранних заявлений, например, 2М1207 б, GQ Lup b, DH Tau b, AB Рис б, CHXR 73 b, UScoCTIO 108 b, CT Cha b, 1RXS 1609 б ) в том смысле, что их излучение, по крайней мере, частично происходит из атмосферы планеты. Однако последующие исследования космического телескопа Спитцера[18] и повторный анализ исходных данных HST[16][4]вместо этого предположим, что свет Фомальгаута b - это рассеянный свет звезд, а не тепловое излучение планеты.

Первоначальное открытие Хаббла

Сравнение между Солнечная система и система вокруг Фомальгаута

Существование массивной планеты, вращающейся вокруг Фомальгаута, было впервые сделано из наблюдений Хаббла, опубликованных в 2005 году, которые позволили определить структуру массивного холодного диска обломков Фомальгаута (или пылевого пояса / кольца).[19] Пояс не отцентрирован на звезде и имеет более резкую внутреннюю границу, чем можно было бы ожидать.[20] Массивная планета на широкой орбите, но расположенная внутри этого кольца обломков, могла бы очистить родительские тела и пыль вокруг себя, в результате чего кольцо выглядело бы с острым внутренним краем и выглядело смещенным от звезды.[21]

В мае 2008 г. Пол Калас, Джеймс Грэм и их сотрудники идентифицировали Fomalhaut b по изображениям телескопа Хаббла / ACS, сделанным в 2004 и 2006 годах в видимом диапазоне длин волн (т.е. 0,6 и 0,8 мкм). НАСА опубликовал фотографию составного открытия 13 ноября 2008 г., что совпало с публикацией Kalas et al. открытие в Наука.[1][22]

Калас заметил: «Это глубокий и ошеломляющий опыт - увидеть планету, которую никогда раньше не видел. У меня чуть не случился сердечный приступ в конце мая, когда я подтвердил, что Фомальгаут b вращается вокруг своей родительской звезды».[22] На изображении яркая внешняя овальная полоса представляет собой пылевое кольцо, а детали внутри этой полосы представляют собой шум от рассеянного звездного света.[23]

Ранние последующие наблюдения и сомнения

В статье об открытии[1] Калас и его сотрудники предположили, что излучение Fomalhaut b происходит от двух источников: от рассеянного звездным светом околопланетной пыли и от теплового излучения планеты. Здесь первое объясняет большую часть яркости 0,6 мкм, а тепловое излучение планеты способствует большей части яркости 0,8 мкм. Их необнаружение с помощью наземных инфракрасных данных предполагало, что Fomalhaut b должен быть менее массивным, чем около 3 масс Юпитера.

Однако Fomalhaut b должен быть обнаружен в космических инфракрасных данных, если его масса находится в пределах 1-3 масс Юпитера. Но чувствительные инфракрасные наблюдения космического телескопа Спитцера не смогли обнаружить Фомальгаут b, что означает, что Фомальгаут b имеет массу менее 1 Юпитера.[18] Более того, хотя планета считалась правдоподобным объяснением эксцентричного кольца обломков Фомальгаута, измерения в Kalas et al. бумага намекнула, что она движется слишком быстро (т.е.не выровнена апсидально), чтобы это объяснение работало. Наконец, исследователи анализируют сентябрь – октябрь 2011 г. Большая миллиметровая матрица Atacama Данные (ALMA) для кольца обломков Фомальгаута предложили альтернативную гипотезу: что кольцо могло быть сформировано гораздо меньшими планетами-пастушками, ни одна из которых не должна была быть фомальгаутской b.[24][25] Эти результаты вызвали скептицизм по поводу статуса Фомальгаута b как внесолнечной планеты.[26][27]

Восстановление, независимое подтверждение Хаббла и дальнейшие дополнительные выводы

24 октября 2012 г. команда во главе с Тэйн Карри на Университет Торонто объявил о первом независимом восстановлении Фомальгаута b и возродил утверждение, что Фомальгаут b идентифицирует планету.[4] Они повторно проанализировали исходные данные Хаббла, используя новые, более мощные алгоритмы отделения света планеты от света звезд, и подтвердили, что Фомальгаут b действительно существует. Они также представили новое обнаружение Fomalhaut b на 0,4 мкм. Они смоделировали оптические обнаружения и верхние пределы инфракрасного излучения для Fomalhaut b, показав, что излучение Fomalhaut b можно полностью объяснить звездным светом, рассеянным мелкой пылью, и утверждая, что эта пыль окружает невидимую планетарную -массовый объект. Таким образом, они считают Фомальгаут b правдоподобно «планетой, идентифицированной по прямым изображениям», даже если Фомальгаут b, строго говоря, не является планетой, отображаемой непосредственно, поскольку свет исходит не из планетарной атмосферы.[4]

Вторая газета была обнародована днем ​​позже и под руководством Рафаэля Галичера и Кристиана Маруа в Институт астрофизики Герцберга также независимо восстановил Фомальгаут b и подтвердил новое обнаружение 0,4 мкм, заявив, что спектральное распределение энергии (SED) Фомальгаута b не может быть объяснено как следствие прямого или рассеянного излучения от массивной планеты. Они рассмотрели две модели для объяснения SED: (1) большой околопланетный диск вокруг массивной, но невидимой планеты и (2) последствия столкновения в течение последних 100 лет двух объектов пояса Койпера с радиусом около 50 км.[16]

Последующие данные Хаббла, полученные в 2010 и 2012 гг. STIS инструмент Пол Калас и сотрудники снова восстановили Фомальгаут б.[2] Однако анализ астрометрии Фомальгаута b показал, что объект имеет большой эксцентриситет (e = 0,8), его орбита (проецируемая на небо) пересекает плоскость кольца обломков Фомальгаута, и поэтому маловероятно, что это объект, формирующий кольцо обломков. острый внутренний край. Высокий эксцентриситет Фомальгаута b может свидетельствовать о значительном динамическом взаимодействии с ранее невидимой планетой на меньшем расстоянии между орбитами.

Анализ дополнительных STIS данные, полученные в 2013 и 2014 годах, утверждают, что Fomalhaut b исчезает и увеличивается в размерах, поведение, которое может поддерживать интерпретацию Fomalhaut b как столкновение между двумя объектами размером с астероид.[8]

Возрождение заявления о том, что Фомальгаут b (возможно) является планетой после того, как оно было сброшено со счетов, привело к тому, что некоторые прозвали этот объект «планетой-зомби».[28] хотя это нетехнический термин, используемый в материалах для печати и не встречается ни в каких рецензируемых рукописях.

Физические характеристики

Предполагая, что орбита Фомальгаута b находится в той же плоскости, что и диск обломков, расположенный снаружи от него, он вращается по орбите Фомальгаут на расстоянии примерно 115Австралия (1.72×1010 км; 1.07×1010 миль). Это расстояние около 18Австралия (2.7×109 км; 1,7×109 ми) ближе к звезде, чем внутренний край диск мусора.[29] Орбитальное разделение Фомальгаута b больше, чем у планет, отображаемых непосредственно вокруг β Pictoris и HR 8799 (8–70 AU). Fomalhaut b движется со скоростью около 4 километров в секунду.[4] Хотя неясно, заставит ли орбита Фомальгаута b пересечь диск обломков или диск обломков только в проекции (то есть он не вращается в той же плоскости, что и диск), его орбита не полностью вложена в диск обломков.[2]

В оптических длинах волн, на которых детектируется Фомальгаут b, он составляет всего около 2,7 × 10−10 раз ярче звезды и является самым тусклым (по сути) внесолнечным объектом, который когда-либо был изображен.[1] Форма его спектра, определенная из измерений, полученных на расстоянии от 0,4 до 0,8 мкм, похожа на форму его спектра родительской звезды, что позволяет предположить, что излучение, идентифицирующее Фомальгаут b, полностью связано с рассеянным звездным светом.[4] Хотя в первоначальной статье об открытии Фомальгаута b предполагалось, что его оптическая яркость может изменяться из-за планетарная аккреция, более поздние повторные анализы этих данных не смогли найти убедительных доказательств того, что Фомальгаут b действительно переменный,[4][16][2] таким образом устраняя свидетельства планетарной аккреции. Однако долгосрочный мониторинг Fomalhaut b может показать свидетельства того, что объект со временем тускнеет.[8]

Чтобы Фомальгаут b можно было обнаружить в оптическом диапазоне длин волн, он должен иметь площадь излучения, намного превышающую физический размер планеты.[1] факт, еще более усиливающий аргументы в пользу того, что то, что мы видим как Фомальгаут b, не является светом, исходящим из атмосферы планеты. Система околопланетных колец достаточно велика, чтобы рассеивать достаточно звездного света, чтобы сделать Фомальгаут b видимым, только если его радиус в 20-40 раз больше радиуса Юпитера.[1] Сферическое облако пыли радиусом 0,004Австралия (600000 км; 370000 миль) может сделать Фомальгаут b видимым.[4] Фомальгаут b появляется как неразрешенный точечный источник в данных высочайшего качества (на 0,6 мкм), что позволяет предположить, что его проектируемая площадь излучения не может быть больше примерно 0,25 а.е., примерно 1/4 расстояния Земля-Солнце.[1][4] Однако он может быть разрешен на немного более длинных волнах и в недавно проанализированных данных HST, что указывает на то, что его излучающая область больше.[16][8]

Масса Фомальгаута b, если это планета, весьма неопределенна. Необнаружение инфракрасного излучения предполагает, что Fomalhaut b не может быть массивнее, чем в 2 раза. Масса Юпитера[4][18] но нижний предел массы зависит от неопределенных деталей о природе Фомальгаута b, его околопланетной среде и существовании других тел с планетной массой в системе. Модели Фомальгаута b, лепящие диск звездных обломков, дают массу в 0,5 раза больше массы Юпитера. Модели для Фомальгаута b, предполагающие, что он окружен роем планетезималей, подразумевают, что он мог бы иметь гораздо меньшую массу (в 10–100 раз больше масса Земли ).[15] Если Фомальгаут b - это одна из двух планет-пастырей, которые вместе ограничивают диск обломков узким кольцом,[24] он может быть в несколько раз больше массы Марс немного массивнее Земли.

Если Фомальгаут b - газовый гигант, такой как Юпитер или Сатурн, он, вероятно, сформировался через несколько миллионов лет после образования самой звезды, что составляет примерно 450 миллионов лет.[30] В качестве альтернативы, если это временное облако пыли, оно должно быть очень молодым,[4] возможно, сформировавшись за последние несколько столетий.[16]

Другие планеты, вращающиеся вокруг Фомальгаута

Фомальгаут b вращается вокруг своей звезды на большом расстоянии, где формирование массивных планет затруднено. Чтобы объяснить свое текущее местоположение, Фомальгаут b мог быть динамически рассеяен более массивным, невидимым телом, расположенным на меньших расстояниях. Несколько наземных наблюдений провели поиск этого гипотетического фомальгаутского "c", но еще не нашли его. В очень малых масштабах, подобных Солнечной системе, любые дополнительные спутники должны иметь массу в тринадцать раз меньше массы Юпитера.[31] В немного более широких масштабах, сопоставимых с расположением планет вокруг HR 8799, любые дополнительные планеты должны иметь массы примерно от 2 до 7 масс Юпитера.[32] Фомальгаут b мог образоваться на месте, если бы он слился из небольших объектов размером с гальку, которые быстро сформировали протопланетное ядро, которое, в свою очередь, образовало газовую оболочку.[33]

Галерея

  • Позиция Fomalhaut b в 2004 и 2006 годах (ACS)

  • Художественное исполнение Фомальгаут б как планета, которая вращается вокруг своей родительской звезды

  • Визуализация Фомальгаут и Фомальгаут b (впечатление художника)

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я Калас, Пол; и другие. (13.11.2008). «Оптические изображения экзосолнечной планеты в 25 световых годах от Земли». Наука. 322 (5906): 1345–8. arXiv:0811.1994. Bibcode:2008Научный ... 322,1345K. Дои:10.1126 / science.1166609. PMID  19008414.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j Калас, Пол; Грэм, Джеймс Р .; Фитцджеральд, Майкл П .; Клэмпин, Марк (2013). "Коронографическая визуализация STIS Фомальгаута: структура основного пояса и орбита Фомальгаута b". Астрофизический журнал. 775 (1): идентификатор статьи. 56. arXiv:1305.2222. Bibcode:2013ApJ ... 775 ... 56K. Дои:10.1088 / 0004-637X / 775/1/56.
  3. ^ "Дагон". Оксфордский словарь английского языка (Интернет-ред.). Издательство Оксфордского университета. (Подписка или членство участвующего учреждения требуется.)
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Тейн Карри; и другие. «Подтверждение прямого изображения и характеристика покрытой пылью экзопланеты-кандидата, вращающейся вокруг Фомальгаута». Письма в астрофизический журнал. 760: L32. arXiv:1210.6620. Bibcode:2012ApJ ... 760L..32C. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 760/2 / L32.
  5. ^ Harrington, J.D .; Вильярд, Рэй (8 января 2013 г.). «Хаббл НАСА обнаружил чужую планетную орбиту для Фомальгаута Б». НАСА. Получено 9 января, 2013.
  6. ^ Вильярд, Рэй; Калас, Пол (8 января 2013 г.). «Хаббл обнаруживает чужую планетную орбиту для Фомальгаута b (номер пресс-релиза: STScI-2013-01)». ХабблСайт. Получено 28 января, 2013.
  7. ^ Эндрюс, Робин Гёрдж (20 апреля 2020 г.). «Случай с исчезнувшей экзопланетой - Фомальгаут b был одной из первых планет вокруг другой звезды, которая была непосредственно отображена телескопами. Некоторые астрономы теперь говорят, что это было облако обломков астероидов».. Нью-Йорк Таймс. Получено 21 апреля, 2020.
  8. ^ а б c d е Гаспар, Андраш; Рике, Джордж Х. (20 апреля 2020 г.). «Новые данные HST и моделирование показывают массивное столкновение планетезималей вокруг Фомальгаута». PNAS. arXiv:2004.08736. Дои:10.1073 / пнас.1912506117. Получено 21 апреля, 2020.
  9. ^ NameExoWorlds: Всемирный конкурс IAU на имя экзопланет и их звезд. IAU.org. 9 июля 2014 г.
  10. ^ ИмяExoWorlds В архиве 2018-06-25 в Wayback Machine.
  11. ^ ИмяExoWorlds.
  12. ^ Опубликованы окончательные результаты общественного голосования NameExoWorlds, Международный астрономический союз, 15 декабря 2015 г.
  13. ^ «Планетарий ЮКГУ назвал экзопланету». Сент-Клауд Таймс. Получено 2015-12-29.
  14. ^ "NameExoWorlds Утвержденные имена".
  15. ^ а б Кеннеди, Грант (2011). «Эволюция столкновений нерегулярных роев спутников: обнаруживаемая пыль вокруг Солнечной системы и внесолнечных планет». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 412: 2137–2153. arXiv:1011.4858. Bibcode:2011МНРАС.412.2137К. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2010.18041.x.
  16. ^ а б c d е ж Рафаэль Галичер; Кристиан Маруа; Б. Цукерман; Брюс Макинтош. "Фомальгаут b: Независимый анализ данных публичного архива космического телескопа Хаббл". Астрофизический журнал. 769: 42. arXiv:1210.6745. Bibcode:2013ApJ ... 769 ... 42G. Дои:10.1088 / 0004-637X / 769/1/42.
  17. ^ Сет Боренштейн (14 ноября 2008 г.). «Снимки 4 планет за пределами Солнечной системы». Ассошиэйтед Пресс через Сиэтл Таймс. Получено 2010-07-05.
  18. ^ а б c Янсон, Маркус (2012). "Инфракрасное необнаружение Fomalhaut b - Последствия для интерпретации планеты". Астрофизический журнал. 747: 116. arXiv:1201.4388. Bibcode:2012ApJ ... 747..116J. Дои:10.1088 / 0004-637x / 747/2/116.
  19. ^ Калас, Пол; Грэм, Джеймс Р .; Клэмпин, Марк (2005). «Планетная система как источник структуры пылевого пояса Фомальгаута». Природа. 435 (7045): 1067–1070. arXiv:astro-ph / 0506574. Bibcode:2005Натура.435.1067K. Дои:10.1038 / природа03601. PMID  15973402.
  20. ^ Александр, Амир (14 ноября 2008 г.). «Ученые смотрят на далекие планеты». Планетарное общество. Архивировано из оригинал на 2008-12-25. Получено 2008-11-14.
  21. ^ Квиллен, Алиса С. (2006). «Предсказания для планеты внутри эксцентрического кольца Фомальгаута». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 372 (1): L14 – L18. arXiv:astro-ph / 0605372. Bibcode:2006MNRAS.372L..14Q. Дои:10.1111 / j.1745-3933.2006.00216.x.
  22. ^ а б Льюис Смит (13 ноября 2008 г.). «Первые фотографии планеты за пределами Солнечной системы: Фомальгаут б». Времена. Лондон. Получено 2008-11-14.
  23. ^ Nemiroff, R .; Боннелл, Дж., Ред. (14 ноября 2008 г.). "Фомальгаут б". Астрономическая картина дня. НАСА. Получено 2008-11-14.
  24. ^ а б Боули, Аарон (2012). «Ограничение планетарной системы Фомальгаута с использованием наблюдений ALMA с высоким разрешением». Астрофизический журнал. 750: L21. arXiv:1204.0007. Bibcode:2012ApJ ... 750L..21B. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 750/1 / L21.
  25. ^ «ALMA показывает работу ближайшей планетной системы». Получено 2012-04-18.
  26. ^ Лиза Гроссман (21 сентября 2011 г.). «Новые сомнения насчет« дитя-плаката »экзопланет». Новый ученый. Reed Business Information Ltd. Получено 2013-12-07.
  27. ^ Юдхиджит Бхаттачарджи (3 февраля 2012 г.). «Знаменитая экзопланета исчезает в облаке пыли, а может и нет». Наука. 335 (6068): 515. Bibcode:2012Sci ... 335..515B. Дои:10.1126 / science.335.6068.515.
  28. ^ "Новое исследование возвращает сомнительную экзопланету" из мертвых "'". НАСА. Получено 2012-10-25.
  29. ^ "Фомальгаут b: первая экзопланета, наблюдаемая непосредственно". Наука в центре внимания. Архивировано из оригинал на 2009-01-10. Получено 2008-11-14.
  30. ^ Мамаджек, Эрик (2012). «О возрасте и двойственности Фомальгаута». Письма в астрофизический журнал. 754: L20. arXiv:1206.6353. Bibcode:2012ApJ ... 754L..20M. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 754/2 / L20.
  31. ^ Мэтью А. Кенуорти и Тиффани Мешкат (2012). «Коронографические наблюдения Фомальгаута в масштабах Солнечной системы». Астрофизический журнал. 764: 7. arXiv:1212.1459. Bibcode:2013ApJ ... 764 .... 7K. Дои:10.1088 / 0004-637X / 764/1/7.
  32. ^ Тейн Карри; и другие. (2013). "Поиски Deep Keck / NIRC2 теплового излучения от спутников, вращающихся вокруг Фомальгаута". Письма в астрофизический журнал. 777: L6. arXiv:1309.0813. Bibcode:2013ApJ ... 777L ... 6C. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 777/1 / L6.
  33. ^ Ламбрехтс М. и Йохансен А. (2012). «Быстрый рост ядер газовых гигантов за счет образования гальки». Астрономия и астрофизика. 544 (A32): 13f. arXiv:1205.3030. Bibcode:2012A & A ... 544A..32L. Дои:10.1051/0004-6361/201219127.

внешняя ссылка

Координаты: Карта неба 22час 57м 39.1s, −29° 37′ 20″