Бета Живописца (сокращенно β Pictoris или β Pic ) — вторая по яркости звезда в созвездии Живописца . Оно расположено на расстоянии 63,4 световых лет (19,4 пк ) от Солнечной системы , в 1,75 раза массивнее и в 8,7 раз ярче Солнца . Система Beta Pictoris очень молода, ей всего от 20 до 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 совершают одинаковое 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] посредством использования прямых изображений . Обе планеты вращаются в плоскости диска обломков, окружающего звезду. Бета Живопись c в настоящее время является самой близкой внесолнечной планетой к своей звезде, когда-либо сфотографированной: наблюдаемое расстояние примерно такое же, как расстояние между поясом астероидов и Солнцем. [15]
Бета Живописца демонстрирует избыток инфракрасного излучения [16] по сравнению с обычными звездами этого типа, что вызвано большим количеством пыли и газа (в том числе угарного газа ) [17] [18] вблизи звезды. Детальные наблюдения выявили большой диск пыли и газа, вращающийся вокруг звезды, который стал первым диском обломков , полученным вокруг другой звезды. [19] Помимо наличия нескольких планетезимальных поясов [20] и кометной активности, [21] имеются указания на то, что внутри этого диска сформировались планеты и что процессы формирования планет могут продолжаться. [22] Материал из диска обломков Бета Живописца считается основным источником межзвездных метеороидов в Солнечной системе. [23]
Бета Живописца — звезда южного созвездия Пиктора, Мольберта , расположенная к западу от яркой звезды Канопус . [24] Традиционно он отмечал линию зондирования корабля «Арго Навис» до того, как созвездие было расколото. [25] Видимая визуальная величина звезды составляет 3,861, [1] поэтому ее можно увидеть невооруженным глазом при хороших условиях, хотя световое загрязнение может привести к тому, что звезды тусклее 3-й звездной величины будут слишком тусклыми, чтобы их можно было увидеть. Это вторая по яркости звезда в своем созвездии, уступающая только Альфе Живописца , видимая звездная величина которой равна 3,30. [26]
Расстояние до Беты Живописца и многих других звезд измерялось спутником Гиппаркос . Это было сделано путем измерения ее тригонометрического параллакса : небольшого смещения ее положения, наблюдаемого при движении Земли вокруг Солнца. Было обнаружено, что Beta Pictoris демонстрирует параллакс 51,87 миллисекунды дуги , [27] значение, которое позже было пересмотрено до 51,44 миллисекунды дуги, когда данные были повторно проанализированы с более тщательным учетом систематических ошибок . [6] Таким образом, расстояние до Беты Живописи составляет 63,4 световых года с погрешностью 0,1 светового года. [28] [примечание 1]
Спутник Hipparcos также измерил собственное движение Beta Pictoris: он движется на восток со скоростью 4,65 угловых секунды в год и на север со скоростью 83,10 угловых секунды в год. [6] Измерения доплеровского сдвига спектра звезды показывают, что она удаляется от Земли со скоростью 20 км/с. [5] Несколько других звезд совершают 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 «Ближайшие звезды», Beta Pictoris имеет спектральный класс A6V [ 2] и эффективную температуру 8052 К (7779 °C ; 14034 °F ), [2] что выше, чем у Солнца. 5778 К (5505 ° C; 9941 ° F). [29] Анализ спектра показывает, что звезда содержит несколько более высокое соотношение тяжелых элементов, которые в астрономии называются металлами , к водороду, чем Солнце. Эта величина выражается как величина [M/H], десятичный логарифм отношения доли металла звезды к доле металла Солнца. В случае Беты Живописца значение [M/H] равно 0,05 [2] , что означает, что металлическая доля звезды на 12% больше, чем у Солнца. [заметка 3]
Анализ спектра также может выявить поверхностную гравитацию звезды. Обычно это выражается как log g , десятичный логарифм гравитационного ускорения , выраженный в единицах СГС , в данном случае в см/с². Beta Pictoris имеет log g = 4,15, [2] что подразумевает поверхностную гравитацию 140 м/с² , что составляет примерно половину ускорения свободного падения на поверхности Солнца (274 м/с²). [29]
Как звезда главной последовательности А-типа, Бета Живописца ярче Солнца: сочетание видимой звездной величины 3,861 с расстоянием 19,44 парсека дает абсолютную звездную величину 2,4 [7] по сравнению с Солнцем, которое имеет абсолютную звездную величину. магнитуда 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 окажется, что Бета Живописца в 8,7 раз ярче Солнца. [8] [30]
Многие звезды главной последовательности спектрального класса А попадают в область диаграммы Герцшпрунга–Рассела, называемую полосой нестабильности , которую занимают пульсирующие переменные звезды . В 2003 году фотометрический мониторинг звезды выявил изменения блеска примерно на 1–2 миллиметра на частотах примерно от 30 до 40 минут. [4] Исследования лучевой скорости Beta Pictoris также выявили изменчивость: существуют пульсации на двух частотах : одна на 30,4 минуте и одна на 36,9 минуте. [31] В результате звезда классифицируется как переменная Дельта Щита .
Масса Beta Pictoris была определена с использованием моделей звездной эволюции и их сопоставления с наблюдаемыми свойствами звезды. Этот метод дает звездную массу от 1,7 до 1,8 солнечной массы . [8] Угловой диаметр звезды был измерен с помощью интерферометрии с помощью Очень Большого Телескопа и оказался равным 0,84 угловых миллисекунды . [9] Объединение этого значения с расстоянием в 63,4 световых года дает радиус в 1,8 раза больше, чем у Солнца. [примечание 5]
Скорость вращения Beta Pictoris составила 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 равна v sin ( i ), где i представляет собой наклон оси вращения звезды к линии- зрения . Если предположить, что Beta Pictoris рассматривается с Земли в ее экваториальной плоскости (что является разумным предположением, поскольку околозвездный диск виден с ребра), то 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] предполагает молодой возраст системы и привело к спорам о том, присоединилась ли она к главной последовательности или все еще является звездой до главной последовательности [33] . После измерения Гиппаркоса выяснилось, что Бета Живописца находилась дальше, чем считалось ранее, и, следовательно, была более яркой, чем предполагалось первоначально. После того, как результаты Hipparcos были приняты во внимание, было обнаружено, что Бета Живописца находилась недалеко от главной последовательности нулевого возраста и в конце концов не была звездой до главной последовательности. [8] Анализ Беты Живописца и других звезд движущейся группы Бета Живописца показал, что им около 12 миллионов лет. [13] Однако более поздние исследования показывают, что возраст примерно вдвое больше – от 20 до 26 миллионов лет. [34] [12]
Бета Живописца могла образоваться вблизи ассоциации Скорпиона-Центавра . [35] Коллапс газового облака, приведший к образованию Beta Pictoris, возможно, был вызван ударной волной от взрыва сверхновой : звезда, ставшая сверхновой, возможно, была бывшим компаньоном HD 83058 , которая сейчас сбежала. звезда . Если проследить путь HIP 46950 в обратном направлении, можно предположить, что около 13 миллионов лет назад он находился вблизи ассоциации Скорпиона и Центавра . [35] Однако было обнаружено, что HD 83058 является спектрально-двойной звездой и маловероятно, что она была выброшена в результате взрыва сверхновой ее близкого компаньона, поэтому простое объяснение происхождения скопления Бета Живописца находится под сомнением. [36]
Избыточное инфракрасное излучение Беты Живописца было обнаружено космическим аппаратом IRAS [37] в 1983 году. [32] Наряду с Вегой , Фомальгаутом и Эпсилоном Эридана , она была одной из первых четырех звезд, у которых было обнаружено такое избыток: эти звезды называются «Похожая на Вегу» после открытия первой такой звезды. Поскольку звезды А-типа, такие как Beta Pictoris, имеют тенденцию излучать большую часть своей энергии в синем конце спектра, [примечание 8] это подразумевало наличие холодного вещества на орбите вокруг звезды, которое будет излучать в инфракрасных длинах волн и производить избыток энергии. . [32] Эта гипотеза была подтверждена в 1984 году, когда Бета Живописца стала первой звездой, околозвездный диск которой был получен оптическим изображением. [19] Данные IRAS (на микронных длинах волн): [12]=2,68, [25]=0,05, [60]=-2,74 и [100]=-3,41. Превышения цвета: E12=0,69, E25=3,35, E60=6,17 и E100=6,90. [16]
Диск обломков вокруг Beta Pictoris виден наблюдателям с Земли с ребра и ориентирован в направлении северо-восток-юго-запад. Диск асимметричен: в северо-восточном направлении он наблюдался на расстоянии 1835 астрономических единиц от звезды, а в юго-западном направлении - на расстоянии 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 наблюдались во внешних областях диска обломков между 500 и 800 а.е.: они могли образоваться в результате разрушения системы проходящей звездой. [40] Астрометрические данные миссии Hipparcos показывают, что красный гигант Бета Колумба прошел в пределах 2 световых лет от Беты Живописца около 110 000 лет назад, но большее возмущение могло быть вызвано Зетой Дорадус , которая прошла на расстоянии 3 световых лет. около 350 000 лет назад. [41] Однако компьютерное моделирование указывает на более низкую скорость встречи, чем у любого из этих двух кандидатов, что позволяет предположить, что звезда, ответственная за кольца, могла быть звездой-компаньоном Беты Живописца на нестабильной орбите. Моделирование предполагает, что в этих структурах, вероятно, виновата возмущающая звезда с массой 0,5 солнечной массы . Такой звездой мог бы стать красный карлик спектрального класса M0V. [38] [42]
В 2006 году изображение системы с помощью усовершенствованной обзорной камеры космического телескопа Хаббл выявило наличие вторичного пылевого диска , наклоненного под углом около 5 ° к основному диску и простирающегося как минимум 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 главный и вторичный диски в пределах 80 а.е. от Беты Живописца, однако, согласно прогнозам, северо-восточное продолжение пылевого диска пересекется с главным диском на расстоянии около 30 а.е. от звезды. [43] Вторичный диск может быть создан массивной планетой, находящейся на наклонной орбите, удаляющей материю из первичного диска и заставляющей ее двигаться по орбите, совмещенной с планетой. [44]
Исследования, проведенные с помощью Спектроскопического исследователя дальнего ультрафиолета НАСА, показали, что диск вокруг Беты Живописца содержит чрезвычайное избыток газа, богатого углеродом . [45] Это помогает стабилизировать диск против радиационного давления , которое в противном случае унесло бы материал в межзвездное пространство. [45] В настоящее время существует два предложенных объяснения происхождения переизбытка углерода. Бета Живописца, возможно, находится в процессе формирования экзотических планет, богатых углеродом , в отличие от планет земной группы Солнечной системы, которые богаты кислородом вместо углерода. [46] Альтернативно, он может проходить через неизвестную фазу, которая также могла произойти на ранних этапах развития Солнечной системы: в Солнечной системе есть богатые углеродом метеориты, известные как энстатитовые хондриты , которые, возможно, образовались в богатой углеродом среде. среда. Также было высказано предположение, что Юпитер мог образоваться вокруг богатого углеродом ядра. [46]
В 2011 году диск вокруг Беты Живописца стал первой планетной системой , сфотографированной астрономом-любителем . Рольф Олсен из Новой Зеландии запечатлел диск с помощью 10-дюймового рефлектора Ньютона и модифицированной веб-камеры . [47]
В 2003 году изображение внутренней области системы Beta Pictoris с помощью телескопа Keck II выявило 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 главного диска. [20]
Наблюдения 2004 года показали 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, а отсутствие пыли на расстоянии от 6,4 до 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 оливин, обнаруженный в кометах Солнечной системы , и отличающийся от оливина, обнаруженного в астероидах Солнечной системы. [50] Кристаллы оливина могут образовываться только на расстоянии ближе 10 а.е. от звезды; поэтому они были перенесены в ленту после формирования, вероятно, путем радиального перемешивания. [50]
Моделирование пылевого диска на расстоянии 100 а.е. от звезды предполагает, что пыль в этом регионе могла образоваться в результате серии столкновений, инициированных разрушением планетезималей с радиусом около 180 километров. После первоначального столкновения обломки подвергаются дальнейшим столкновениям в процессе, называемом каскадом столкновений. Подобные процессы были обнаружены в дисках обломков вокруг Фомальгаута и AU Microscopii . [51]
Спектр Beta Pictoris демонстрирует сильную кратковременную переменность, которая впервые была замечена в смещенной в красную сторону части различных линий поглощения, что было интерпретировано как вызванное падением вещества на звезду. [52] Источником этого материала были предложены небольшие кометоподобные объекты на орбитах, которые приближают их к звезде, где они начинают испаряться, что называется моделью «падающих испаряющихся тел». [21] События временного поглощения с синим смещением также были обнаружены, хотя и реже: они могут представлять собой вторую группу объектов на другом наборе орбит. [53] Детальное моделирование показывает, что падающие испаряющиеся тела вряд ли будут в основном ледяными, как кометы, а, скорее всего, состоят из смешанного пылевого и ледяного ядра с коркой из тугоплавкого материала. [54] Эти объекты, возможно, были выведены на свои орбиты, касающиеся звезд, из-за гравитационного воздействия планеты, находящейся на слегка эксцентричной орбите вокруг Беты Живописца на расстоянии примерно 10 а.е. от звезды. [55] Падающие испаряющиеся тела также могут быть причиной присутствия газа, расположенного высоко над плоскостью основного диска обломков. [56] В исследовании 2019 года сообщалось о транзитных экзокометах с TESS . Провалы носят асимметричный характер и согласуются с моделями испаряющихся комет, пересекающих диск звезды. Кометы находятся на сильно эксцентричной орбите и непериодичны. [57]
21 ноября 2008 года было объявлено, что инфракрасные наблюдения, проведенные в 2003 году с помощью Очень Большого Телескопа, выявили кандидата в планетарные спутники звезды. [58] Осенью 2009 года планету успешно наблюдали по другую сторону родительской звезды, подтвердив существование самой планеты и более ранние наблюдения. Считается, что через 15 лет (по состоянию на 2009 год [обновлять]) можно будет записать всю орбиту планеты. [14]
Европейская южная обсерватория подтвердила присутствие Beta Pictoris c 6 октября 2020 года с помощью прямых изображений . Бета Живописца c вращается в плоскости диска обломков, окружающего звезду. Бета Живопись c в настоящее время является самой близкой внесолнечной планетой к своей звезде, когда-либо сфотографированной: наблюдаемое расстояние примерно такое же, как расстояние между поясом астероидов и Солнцем. [15] [59]
Метод лучевых скоростей не очень подходит для изучения звезд А-типа, таких как Бета Живописца. Очень молодой возраст звезды усугубляет шум. Текущих ограничений, полученных с помощью этого метода, достаточно, чтобы исключить планеты типа горячего Юпитера с массой более 2 масс Юпитера на расстоянии менее 0,05 а.е. от звезды. Для планет, вращающихся на орбите 1 а.е., планеты с массой менее 9 Юпитера ускользнули бы от обнаружения. [22] [31] Поэтому, чтобы найти планеты в системе Бета Живописца, астрономы ищут влияние, которое планета оказывает на околозвездную среду.
Множественные доказательства свидетельствуют о существовании массивной планеты, вращающейся на расстоянии около 10 а.е. от звезды: свободный от пыли промежуток между поясами планетезималей на расстоянии 6,4 а.е. и 16 а.е. предполагает, что эта область очищается; [49] планета на таком расстоянии могла бы объяснить происхождение падающих испаряющихся тел, [55] а деформации и наклонные кольца во внутреннем диске позволяют предположить, что массивная планета на наклонной орбите разрушает диск. [44] [62]
Наблюдаемая планета сама по себе не может объяснить структуру планетезимальных поясов на расстоянии 30 и 52 а.е. от звезды. Эти пояса могут быть связаны с меньшими планетами на расстоянии 25 и 44 а.е. и массой около 0,5 и 0,1 Юпитера соответственно. [22] Такая система планет, если бы она существовала, была бы близка к орбитальному резонансу 1:3:7 . Возможно также, что кольца внешнего диска на расстоянии 500–800 а.е. косвенно вызваны влиянием этих планет. [22]
Объект наблюдался на угловом расстоянии 411 миллисекунд дуги от Beta Pictoris, что соответствует расстоянию в плоскости неба 8 а.е. Для сравнения, радиусы орбит планет Юпитер и Сатурн составляют 5,2 а.е. [63] и 9,5 а.е. [64] соответственно. Расстояние в радиальном направлении неизвестно, поэтому это нижний предел истинного разделения. Оценки его массы зависят от теоретических моделей эволюции планет и предсказывают, что объект имеет массу около 8 масс Юпитера и все еще остывает, с температурой от 1400 до 1600 К. Эти цифры приведены с оговоркой, что модели еще не были проверены. против реальных данных в вероятных диапазонах массы и возраста планеты.
Большая полуось составляет 8–9 а.е., а период обращения 17–21 год. [65] « Событие, подобное транзиту », наблюдалось в ноябре 1981 года; [66] [67] это согласуется с этими оценками. [65] Если это подтвердится как истинный транзит, предполагаемый радиус транзитного объекта составит 2–4 радиуса Юпитера, что больше, чем предсказывают теоретические модели. Это может указывать на то, что он окружен большой системой колец или диском, образующим луну. [67]
О подтверждении существования второй планеты в системе Beta Pictoris было объявлено 6 октября 2020 года. Планета имеет температуру T = 1250 ± 50 K, динамическую массу M = 8,89 ± 0,75 MJup [68] и возраст 18,5 ± 50 K. 2,5 млн лет. [15] Его орбитальный период составляет около 1200 дней (3,3 года) и большая полуось 2,7 а.е., что примерно в 3,5 раза ближе к родительской звезде, чем Beta Pictoris b. [69] [59] Орбита Beta Pictoris c умеренно эксцентричная , с эксцентриситетом 0,24. [69] [59]
Эта планета представляет данные, противоречащие текущим по состоянию на 2020 год моделям формирования планет . β Pic c находится в том возрасте, когда прогнозируется, что планетарные образования будут происходить из-за нестабильности диска. Однако планета вращается на расстоянии 2,7 а.е., что, по прогнозам, слишком близко для возникновения нестабильности диска. Низкая видимая звездная величина MK = 14,3 ± 0,1 позволяет предположить, что она образовалась в результате аккреции ядра. [15]
В 2000 году наблюдения, проведенные с помощью Усовершенствованного метеорного орбитального радара в Новой Зеландии , выявили наличие потока частиц, исходящего со стороны Беты Живописца, который может быть доминирующим источником межзвездных метеороидов в Солнечной системе. [23] Частицы в пылевом потоке Beta Pictoris относительно большие, с радиусом, превышающим 20 микрометров , а их скорости позволяют предположить, что они, должно быть, покинули систему Beta Pictoris со скоростью примерно 25 км/с. Эти частицы могли быть выброшены из диска обломков Бета Живописца в результате миграции газовых планет-гигантов внутри диска и могут быть признаком того, что система Бета Живописца формирует облако Оорта . [70] Численное моделирование выброса пыли показывает, что радиационное давление также может быть причиной этого, и предполагает, что планеты, находящиеся дальше, чем примерно на 1 а.е. от звезды, не могут напрямую вызывать поток пыли. [71]