Бета Живописца (сокращенно β Живописца или β Pic ) является второй по яркости звездой в созвездии Живописца . Она расположена в 63,4 световых годах (19,4 пк ) от Солнечной системы , и в 1,75 раза массивнее и в 8,7 раз ярче Солнца . Система Бета Живописца очень молодая, ей всего 20-26 миллионов лет [12] , хотя она уже находится на стадии главной последовательности своей эволюции . [8] Бета Живописца является титульным членом движущейся группы Бета Живописца , ассоциации молодых звезд, которые разделяют одно и то же движение в пространстве и имеют одинаковый возраст. [13]
Европейская южная обсерватория (ESO) подтвердила наличие двух планет, Beta Pictoris b [ 14] и Beta Pictoris c [ 15] с помощью прямых снимков . Обе планеты вращаются в плоскости диска обломков, окружающего звезду. Beta Pictoris c в настоящее время является ближайшей к своей звезде экзопланетой, когда-либо сфотографированной: наблюдаемое расстояние примерно равно расстоянию между поясом астероидов и Солнцем . [15]
Бета Живописца показывает избыток инфракрасного излучения [16] по сравнению с обычными звездами этого типа, что вызвано большим количеством пыли и газа (включая окись углерода ) [17] [18] вблизи звезды. Подробные наблюдения показывают большой диск пыли и газа, вращающийся вокруг звезды, который был первым диском обломков , который был сфотографирован вокруг другой звезды. [19] В дополнение к наличию нескольких поясов планетезималей [20] и кометной активности, [21] есть признаки того, что планеты образовались внутри этого диска и что процессы формирования планет могут продолжаться. [22] Материал из диска обломков Беты Живописца, как полагают, является основным источником межзвездных метеороидов в Солнечной системе. [23]
Бета Живописца — звезда в южном созвездии Пиктора, Мольберта , расположенная к западу от яркой звезды Канопус . [24] Она традиционно отмечала линию зондирования корабля Арго Навис , до того как созвездие было разделено. [25] Звезда имеет видимую визуальную величину 3,861, [1] поэтому видна невооруженным глазом при хороших условиях, хотя световое загрязнение может привести к тому, что звезды тусклее 3-й величины будут слишком тусклыми, чтобы их можно было увидеть. Это вторая по яркости звезда в своем созвездии, уступающая только Альфе Живописца , которая имеет видимую величину 3,30. [26]
Расстояние до Беты Живописца и многих других звезд было измерено спутником Hipparcos . Это было сделано путем измерения ее тригонометрического параллакса : небольшого смещения ее положения, наблюдаемого при движении Земли вокруг Солнца. Было обнаружено, что Бета Живописца демонстрирует параллакс в 51,87 угловых миллисекунд , [27] значение, которое позже было пересмотрено до 51,44 угловых миллисекунд, когда данные были повторно проанализированы с более тщательным учетом систематических ошибок . [6] Расстояние до Беты Живописца составляет, таким образом, 63,4 световых года с неопределенностью в 0,1 светового года. [28] [примечание 1]
Спутник Hipparcos также измерил собственное движение Беты Живописца: она движется на восток со скоростью 4,65 угловых миллисекунд в год и на север со скоростью 83,10 угловых миллисекунд в год. [6] Измерения доплеровского смещения спектра звезды показывают, что она удаляется от Земли со скоростью 20 км/с. [5] Несколько других звезд разделяют то же движение в пространстве, что и Бета Живописца, и, вероятно, образовались из того же газового облака примерно в то же время: они составляют движущуюся группу Бета Живописца . [13]
Согласно измерениям, проведенным в рамках проекта Nearby Stars Project, Beta Pictoris имеет спектральный тип A6V [ 2] и эффективную температуру 8052 К (7779 °C ; 14034 °F ), [2] что горячее, чем 5778 К (5505 °C; 9941 °F) Солнца. [29] Анализ спектра показывает, что звезда содержит немного большее отношение тяжелых элементов, которые в астрономии называются металлами , к водороду, чем Солнце. Это значение выражается как величина [M/H], десятичный логарифм отношения металлической доли звезды к металлической доле Солнца. В случае Beta Pictoris значение [M/H] равно 0,05, [2] что означает, что металлическая доля звезды на 12% больше, чем у Солнца. [примечание 3]
Анализ спектра также может выявить поверхностную гравитацию звезды. Обычно она выражается как log g , десятичный логарифм гравитационного ускорения, заданного в единицах СГС , в данном случае см/с². Бета Живописца имеет log g = 4,15, [2] что подразумевает поверхностную гравитацию 140 м/с² , что составляет примерно половину гравитационного ускорения на поверхности Солнца (274 м/с²). [29]
Как звезда главной последовательности класса А, Бета Живописца ярче Солнца: сочетание видимой величины 3,861 с расстоянием 19,44 парсека дает абсолютную величину 2,4 [7] по сравнению с Солнцем, абсолютная величина которого составляет 4,83. [29] Это соответствует визуальной светимости в 9,2 раза большей, чем у Солнца. [примечание 4] Если принять во внимание весь спектр излучения Беты Живописца и Солнца, то Бета Живописца оказывается в 8,7 раз ярче Солнца. [8] [30]
Многие звезды главной последовательности спектрального класса A попадают в область диаграммы Герцшпрунга-Рассела , называемую полосой нестабильности , которая занята пульсирующими переменными звездами . В 2003 году фотометрический мониторинг звезды выявил изменения яркости около 1–2 миллизвезд на частотах между 30 и 40 минутами. [4] Исследования лучевой скорости Беты Живописца также показывают переменность: наблюдаются пульсации на двух частотах , одна на 30,4 минут и одна на 36,9 минут. [31] В результате звезда классифицируется как переменная типа Дельта Щита .
Масса Беты Живописца была определена с использованием моделей звездной эволюции и подгонкой их к наблюдаемым свойствам звезды. Этот метод дает звездную массу между 1,7 и 1,8 солнечных масс . [8] Угловой диаметр звезды был измерен с помощью интерферометрии с помощью Очень Большого Телескопа и оказался равным 0,84 угловых миллисекунд . [9] Объединение этого значения с расстоянием в 63,4 световых года дает радиус в 1,8 раза больше радиуса Солнца. [примечание 5]
Скорость вращения Беты Живописца, как было измерено, составляет не менее 130 км/с. [11] Поскольку это значение получено путем измерения лучевых скоростей , это нижний предел истинной скорости вращения: измеренная величина на самом деле v sin ( i ), где i представляет собой наклон оси вращения звезды к лучу зрения . Если предположить, что Бета Живописца видна с Земли в ее экваториальной плоскости, разумное предположение, поскольку околозвездный диск виден с ребра, период вращения можно рассчитать примерно как 16 часов, что значительно короче, чем у Солнца (609,12 часов [29] ). [примечание 6]
Наличие значительного количества пыли вокруг звезды [32] подразумевает молодой возраст системы и привело к спорам о том, присоединилась ли она к главной последовательности или все еще была звездой до главной последовательности [33] Однако, когда расстояние до звезды было измерено Hipparcos, выяснилось, что Бета Живописца находилась дальше, чем считалось ранее, и, следовательно, была более яркой, чем изначально считалось. После того, как результаты Hipparcos были приняты во внимание, было обнаружено, что Бета Живописца находилась близко к нулевому возрасту главной последовательности и вообще не была звездой до главной последовательности. [8] Анализ Беты Живописца и других звезд в движущейся группе Беты Живописца показал, что им около 12 миллионов лет. [13] Однако более поздние исследования показывают, что возраст примерно вдвое больше и составляет от 20 до 26 миллионов лет. [34] [12]
Бета Живописца могла образоваться вблизи ассоциации Скорпиона–Центавра . [35] Коллапс газового облака, который привел к образованию Беты Живописца, мог быть вызван ударной волной от взрыва сверхновой : звезда, которая стала сверхновой, могла быть бывшим компаньоном HD 83058 , которая теперь является убегающей звездой . Прослеживание пути HIP 46950 в обратном направлении предполагает, что она могла находиться вблизи ассоциации Скорпиона–Центавра около 13 миллионов лет назад. [35] Однако было обнаружено, что HD 83058 является спектроскопической двойной и вряд ли была выброшена взрывом сверхновой близкого компаньона, поэтому простое объяснение происхождения скопления Бета Живописца вызывает сомнения. [36]
Избыточное инфракрасное излучение от Беты Живописца было обнаружено космическим аппаратом IRAS [37] в 1983 году. [32] Наряду с Вегой , Фомальгаутом и Эпсилон Эридана , это была одна из первых четырех звезд, у которых был обнаружен такой избыток: эти звезды называются «Вегаподобными» в честь первой обнаруженной такой звезды. Поскольку звезды типа А, такие как Бета Живописца, имеют тенденцию излучать большую часть своей энергии в синем конце спектра, [примечание 8] это подразумевало наличие холодной материи на орбите вокруг звезды, которая излучала бы в инфракрасном диапазоне и создавала бы избыток. [32] Эта гипотеза была подтверждена в 1984 году, когда Бета Живописца стала первой звездой, чей околозвездный диск был сфотографирован оптически. [19] Данные IRAS (на микронных длинах волн): [12]=2,68, [25]=0,05, [60]=−2,74 и [100]=−3,41. Избытки цвета: E12=0,69, E25=3,35, E60=6,17 и E100=6,90. [16]
Диск обломков вокруг Беты Живописца виден наблюдателям с Земли с ребра и ориентирован в направлении северо-восток-юго-запад. Диск асимметричен: в северо-восточном направлении он наблюдается на расстоянии до 1835 астрономических единиц от звезды, в то время как в юго-западном направлении его протяженность составляет 1450 а.е. [38] Диск вращается: часть к северо-востоку от звезды удаляется от Земли, а часть к юго-западу от диска движется к Земле. [39]
Несколько эллиптических колец материала были обнаружены во внешних областях диска обломков между 500 и 800 а. е.: они могли образоваться в результате нарушения системы проходящей звездой. [40] Астрометрические данные миссии Hipparcos показывают, что красная гигантская звезда Бета Голубя прошла в пределах 2 световых лет от Беты Живописца около 110 000 лет назад, но большее возмущение было вызвано Зетой Золотой Рыбы , которая прошла на расстоянии 3 световых года около 350 000 лет назад. [41] Однако компьютерное моделирование склоняется в пользу более низкой скорости встречи, чем у любого из этих двух кандидатов, что предполагает, что звезда, ответственная за кольца, могла быть звездой-компаньоном Беты Живописца на нестабильной орбите. Моделирование предполагает, что возмущающая звезда с массой 0,5 солнечных масс , вероятно, виновата в структурах. Такая звезда была бы красным карликом спектрального типа M0V. [38] [42]
В 2006 году получение изображений системы с помощью усовершенствованной камеры для обзоров космического телескопа Хаббл показало наличие вторичного пылевого диска, наклоненного под углом около 5° к основному диску и простирающегося по крайней мере на 130 а.е. от звезды. [43] Вторичный диск асимметричен: юго-западное расширение более изогнуто и менее наклонено, чем северо-восточное. Изображение было недостаточно хорошим, чтобы различить основной и вторичный диски в пределах 80 а.е. от Беты Живописца, однако, как прогнозируется, северо-восточное расширение пылевого диска пересекается с основным диском примерно в 30 а.е. от звезды. [43] Вторичный диск может быть создан массивной планетой на наклонной орбите, удаляющей вещество из первичного диска и заставляющей его двигаться по орбите, выровненной с планетой. [44]
Исследования, проведенные с помощью NASA Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, обнаружили, что диск вокруг Beta Pictoris содержит чрезвычайно большое количество богатого углеродом газа. [45] Это помогает стабилизировать диск против давления излучения , которое в противном случае выдуло бы материал в межзвездное пространство. [45] В настоящее время предлагается два объяснения происхождения избыточного содержания углерода. Beta Pictoris может находиться в процессе формирования экзотических богатых углеродом планет , в отличие от планет земной группы в Солнечной системе, которые богаты кислородом вместо углерода. [46] С другой стороны, она может проходить через неизвестную фазу, которая также могла иметь место на раннем этапе развития Солнечной системы: в Солнечной системе есть богатые углеродом метеориты, известные как энстатитовые хондриты , которые могли образоваться в богатой углеродом среде. Также было высказано предположение, что Юпитер мог образоваться вокруг богатого углеродом ядра. [46]
В 2011 году диск вокруг Беты Живописца стал первой другой планетной системой , сфотографированной любителем-астрономом . Рольф Олсен из Новой Зеландии запечатлел диск с помощью 10-дюймового ньютоновского рефлектора и модифицированной веб-камеры . [47]
В 2003 году визуализация внутренней области системы Бета Живописца с помощью телескопа Keck II выявила наличие нескольких особенностей, которые интерпретируются как пояса или кольца материала. Были обнаружены пояса примерно в 14, 28, 52 и 82 астрономических единицах от звезды, которые чередуются по наклону относительно основного диска. [20]
Наблюдения 2004 года выявили наличие внутреннего пояса, содержащего силикатный материал, на расстоянии 6,4 а. е. от звезды. Силикатный материал также был обнаружен на расстоянии 16 и 30 а. е. от звезды, при этом отсутствие пыли между 6,4 и 16 а. е. свидетельствует о том, что в этом регионе может вращаться массивная планета. [48] [49] Также был обнаружен богатый магнием оливин , поразительно похожий на тот, что обнаружен в кометах Солнечной системы , и отличающийся от оливина, обнаруженного в астероидах Солнечной системы. [50] Кристаллы оливина могут образовываться только ближе, чем в 10 а. е. от звезды; поэтому они были перенесены в пояс после формирования, вероятно, путем радиального смешивания. [50]
Моделирование пылевого диска в 100 а.е. от звезды предполагает, что пыль в этом регионе могла быть создана серией столкновений, инициированных разрушением планетезималей с радиусом около 180 километров. После первоначального столкновения обломки подвергаются дальнейшим столкновениям в процессе, называемом каскадом столкновений. Аналогичные процессы были выведены в дисках обломков вокруг Фомальгаута и AU Микроскопа . [51]
Спектр Беты Живописца показывает сильную краткосрочную изменчивость, которая была впервые замечена в смещенной в красную сторону части различных линий поглощения, что было интерпретировано как вызванное падением материала на звезду. [52] Было высказано предположение, что источником этого материала являются небольшие кометоподобные объекты на орбитах , которые приближают их к звезде, где они начинают испаряться, что называется моделью «падающих испаряющихся тел». [21] Также были обнаружены кратковременные события поглощения со смещением в синюю сторону , хотя и менее часто: они могут представлять вторую группу объектов на другом наборе орбит. [53] Детальное моделирование показывает, что падающие испаряющиеся тела вряд ли в основном ледяные, как кометы, но вместо этого, вероятно, состоят из смешанного пылевого и ледяного ядра с коркой из тугоплавкого материала. [54] Эти объекты могли быть возмущены на своих орбитах, скользящих по звездам, гравитационным влиянием планеты на слегка эксцентричной орбите вокруг Беты Живописца на расстоянии примерно 10 а.е. от звезды. [55] Падающие испаряющиеся тела также могут быть ответственны за наличие газа, расположенного высоко над плоскостью основного диска обломков. [56] Исследование 2019 года сообщило о транзитных экзокометах с TESS . Провалы имеют асимметричную природу и согласуются с моделями испаряющихся комет, пересекающих диск звезды. Кометы находятся на сильно эксцентричной орбите и не являются периодическими. [57]
21 ноября 2008 года было объявлено, что инфракрасные наблюдения, проведенные в 2003 году с помощью Очень Большого Телескопа, выявили потенциального планетарного компаньона звезды. [58] Осенью 2009 года планета была успешно обнаружена с другой стороны родительской звезды, что подтвердило существование самой планеты и более ранних наблюдений. Считается, что через 15 лет (по состоянию на 2009 год [обновлять]) можно будет записать всю орбиту планеты. [14] [ требуется обновление ]
Европейская южная обсерватория подтвердила присутствие Beta Pictoris c 6 октября 2020 года с помощью прямых снимков . Beta Pictoris c вращается в плоскости диска обломков, окружающего звезду. Beta Pictoris c в настоящее время является ближайшей к своей звезде экзопланетой, когда-либо сфотографированной: наблюдаемое расстояние примерно равно расстоянию между поясом астероидов и Солнцем . [15] [59]
Метод лучевой скорости не очень подходит для изучения звезд типа А, таких как Бета Живописца. Очень молодой возраст звезды еще больше усиливает шум. Текущие пределы, полученные с помощью этого метода, достаточны для того, чтобы исключить планеты типа горячего Юпитера, более массивные, чем 2 массы Юпитера, на расстоянии менее 0,05 а. е. от звезды. Для планет, вращающихся на расстоянии 1 а. е., планеты с массой менее 9 масс Юпитера избежали бы обнаружения. [22] [31] Поэтому, чтобы найти планеты в системе Бета Живописца, астрономы ищут эффекты, которые планета оказывает на околозвездную среду.
Множество доказательств предполагают существование массивной планеты, вращающейся в области около 10 а.е. от звезды: свободный от пыли зазор между планетезимальными поясами в 6,4 а.е. и 16 а.е. предполагает, что эта область очищается; [49] планета на таком расстоянии объяснила бы происхождение падающих испаряющихся тел, [55] а искривления и наклонные кольца во внутреннем диске предполагают, что массивная планета на наклонной орбите разрушает диск. [44] [63]
Наблюдаемая планета сама по себе не может объяснить структуру планетезимальных поясов в 30 а.е. и 52 а.е. от звезды. Эти пояса могут быть связаны с меньшими планетами в 25 и 44 а.е., с массами около 0,5 и 0,1 массы Юпитера соответственно. [22] Такая система планет, если она существует, была бы близка к орбитальному резонансу 1:3:7 . Также может быть, что кольца во внешнем диске в 500–800 а.е. косвенно вызваны влиянием этих планет. [22]
Объект наблюдался на угловом расстоянии 411 миллисекунд дуги от Беты Живописца, что соответствует расстоянию в плоскости неба 8 а.е. Для сравнения, радиусы орбит планет Юпитер и Сатурн составляют 5,2 а.е. [64] и 9,5 а.е. [65] соответственно. Разделение в радиальном направлении неизвестно, поэтому это нижний предел истинного разделения. Оценки его массы зависят от теоретических моделей планетарной эволюции и предсказывают, что объект имеет около 8 масс Юпитера и все еще остывает, с температурой в диапазоне от 1400 до 1600 К. Эти цифры сопровождаются оговоркой, что модели еще не были проверены на реальных данных в вероятных диапазонах массы и возраста планеты.
Большая полуось составляет 8–9 а.е., а ее орбитальный период составляет 17–21 год. [66] « Событие, похожее на транзит », наблюдалось в ноябре 1981 года; [67] [68] это согласуется с этими оценками. [66] Если это подтвердится как истинный транзит, предполагаемый радиус транзитного объекта составляет 2–4 радиуса Юпитера, что больше, чем предсказывают теоретические модели. Это может указывать на то, что он окружен большой кольцевой системой или диском, формирующим луну. [68]
Подтверждение наличия второй планеты в системе Бета Живописца было объявлено 6 октября 2020 года. Планета имеет температуру T = 1250 ± 50 К, динамическую массу M = 8,89 ± 0,75 MJup [69] и возраст 18,5 ± 2,5 млн лет. [15] Она имеет орбитальный период около 1200 дней (3,3 года) и большую полуось 2,7 а.е., что примерно в 3,5 раза ближе к ее родительской звезде, чем Бета Живописца b. [70] [59] Орбита Беты Живописца c умеренно эксцентрична , с эксцентриситетом 0,24. [70] [59]
Эта планета представляет данные, противоречащие текущим, по состоянию на 2020 год, моделям формирования планет . β Pic c находится в возрасте, когда, как предсказывается, формирование планет происходит посредством нестабильности диска. Однако планета вращается на расстоянии 2,7 а.е., что, согласно прогнозу, слишком близко для возникновения нестабильности диска. Низкая видимая величина, MK = 14,3 ± 0,1, предполагает, что она образовалась посредством аккреции ядра. [15]
В 2000 году наблюдения, проведенные с помощью установки Advanced Meteor Orbit Radar в Новой Зеландии, выявили наличие потока частиц, идущих со стороны Беты Живописца, который может быть основным источником межзвездных метеороидов в Солнечной системе. [23] Частицы в пылевом потоке Беты Живописца относительно большие, с радиусом, превышающим 20 микрометров , и их скорости предполагают, что они должны были покинуть систему Беты Живописца примерно со скоростью 25 км/с. Эти частицы могли быть выброшены из диска обломков Беты Живописца в результате миграции газовых гигантских планет внутри диска и могут быть признаком того, что система Беты Живописца формирует облако Оорта . [71] Численное моделирование выброса пыли указывает на то, что давление излучения также может быть ответственным, и предполагает, что планеты, находящиеся дальше, чем примерно 1 а.е. от звезды, не могут напрямую вызывать пылевой поток. [72]