Пояс астероидов, обращающийся вокруг звезды на расстоянии 25 световых лет, намекает на скрытую планету

Наблюдения JWST за молодой звездой могут помочь раскрыть, как формировались солнечные системы, подобные нашей.

Отредактировано 2023-25-06
Фомальгаут звездная система удаленная от нас на 25 световых лет показывает пылевое облако и скалистые поясаФомальхаут, звезда возрастом 440 миллионов лет, имеет обломочный диск и два кольца, похожие на наши пояса астероидов и Койпера.

Наш пояс астероидов - это дом для более чем миллиона космических камней, размером от карликовой планеты до частиц пыли, которые плавают между Юпитером и Марсом. Астрономы только что обнаружили еще один такой пояс - но этот пояс обращается вокруг другой звезды, а не вокруг нашего Солнца.

Космический телескоп НАСА имени Джеймса Вебба (JWST) обнаружил этот пояс астероидов вокруг звезды Фомальхаут, расположенной на расстоянии всего 25 световых лет от нас. В течение многих лет ученые изучали диск обломков Фомальгаута - коллекцию каменных, ледяных и пылевых кусочков, образовавшихся в результате столкновений, которые происходят во время формирования планет. Новые данные, опубликованные сегодня в журнале Nature Astronomy, показывают эту систему в беспрецедентных деталях, обнаруживая отпечатки скрытых миров и свидетельства столкновения планет.

На Фомальхаут за эти годы указывали многие телескопы: космический телескоп Спитцера, Атакамский большой миллиметровый массив (ALMA) в высокогорной пустыне Чили и даже космический телескоп Хаббла. Фомальгаут, который намного моложе нашего Солнца, может быть хорошим подобием нашей Солнечной системы на стадии зарождения; поскольку астрономы не могут путешествовать во времени назад к моменту образования нашего Солнца, они наблюдают за другими молодыми звездами, используя эти все еще формирующиеся планетные системы в качестве примера того, как может выглядеть процесс образования планет.

Фомальгаут привлекателен для астрономов тем, что находится недалеко от нас, а значит, астрономам легче заметить мелкие детали. "Эта система определенно была одной из первых, которую мы хотели наблюдать с помощью JWST", - говорит соавтор исследования Мари Игуф, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА.

Схема некоторых особенностей системы Fomalhaut. Дисковая система обломков Фомальгаута с выделением ключевых частей ее архитектуры. На вставке справа показаны детали Большого пылевого облака. Андраш Гаспар

До появления JWST другие наблюдения показали, что Фомальгаут окружен кольцом пыли, аналогичным поясу Койпера нашей Солнечной системы, в котором содержатся все мелкие кусочки льда и камней за Нептуном. Новые данные, полученные с помощью сверхмощного космического телескопа НАСА, показывают не только это внешнее кольцо, но и внутреннее кольцо, более похожее на пояс астероидов. Есть и третья особенность - гигантское скопление пыли, любовно называемое Большим пылевым облаком.

Между внешним кольцом Фомальхаута, похожим на кольцо пояса Койпера, и внутренним кольцом, похожим на астероидный пояс, находится разрыв. "Новый зазор, который мы видим, намекает на присутствие планеты с массой ледяного гиганта, которая была бы аналогом того, что мы видим в Солнечной системе", например, Нептуна или Урана, говорит ведущий автор исследования Андраш Гаспар, астроном из Университета Аризоны. Эта невидимая планета может "вырезать бреши" с помощью гравитации, объясняет астроном из Аризоны и соавтор исследования Шуйлер Вольф.

Пояс астероидов Фомальгаута имеет любопытный наклон, появляясь под другим углом по сравнению с внешним кольцом, как будто что-то сбило его с курса. По словам исследователей, именно удар может объяснить такое смещение - крупное столкновение могло наклонить пояс астероидов, создав массивное облако пыли.

Все признаки Фомальхаута "указывают на то, что Солнечная система живая и активная, полная скалистых тел, сталкивающихся друг с другом", - говорит соавтор исследования Джонатан Агилар, штатный научный сотрудник Научного института космического телескопа, где находится управление полетом JWST.

JWST обладает уникальными возможностями для получения этих фотографий пыли Фомальгаута. Пыль светится ярче всего в среднем инфракрасном диапазоне, на длинных волнах, недоступных для большинства других обсерваторий. Кроме того, для разрешения достаточного количества деталей необходим особенно мощный телескоп - и JWST является единственным телескопом, обладающим обеими этими характеристиками. Средне-инфракрасный инструмент (MIRI) космического телескопа также оснащен коронографом - небольшой точкой, которая блокирует яркую звезду и показывает окружающую пыль.

"Среднеинфракрасные длины волн так важны для наблюдений дисков с обломками, потому что именно там вы наблюдаете выброс пыли, а распределение пыли многое говорит о происходящем", - говорит Агилар. Новый вид Фомальхаута "демонстрирует научную мощь JWST и MIRI даже всего через год после начала работы", - добавляет он.

Конечно, интересно посмотреть, как выглядела наша Солнечная система в период ее становления, но Фомальхаут не является точным клоном. Двойники Фомальхаута - пояс Койпера и пояс астероидов - более разбросаны и содержат больше материала, чем эти объекты в нашей Солнечной системе. Хотя на Фомальхауте больше движения и столкновений, чем в нашей Солнечной системе сейчас, у наших планет в далеком прошлом была похожая фаза, известная как поздняя тяжелая бомбардировка. Астрономы надеются, что диски мусора, увиденные JWST, помогут им выяснить детали того, как рождаются солнечные системы и как они растут, чтобы стать похожими на нашу собственную совокупность планет.

"Мы находимся на границе неизведанной территории, и мне особенно интересно посмотреть, что JWST обнаружит в направлении планетообразующих дисков", - говорит астроном Мичиганского университета Дженни Калахан, которая не принимала участия в работе над новыми результатами. "Глядя на эти изображения JWST, я вспомнила тот момент, когда впервые получила очки", - добавляет Калахан. "Это просто меняет всю вашу перспективу, когда мир (или мусорный диск) оказывается в фокусе на уровне, к которому вы не привыкли".