Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил пояс астероидов возле звезды Фомальгаут

Астрономы использовали космический телескоп Джеймс Уэбб, чтобы сфотографировать теплую пыль вокруг ближайшей молодой звезды Фомальгаут и изучить первый пояс астероидов, который когда-либо наблюдался за пределами нашей Солнечной системы в инфракрасном свете.

К их удивлению, пылевые структуры вокруг Фомальгаута оказались намного сложнее, чем астероиды и пояс Койпера в нашей Солнечной системе. Возле Фомальгаута существует три вложенных пояса, простирающихся на 23 миллиарда километров от звезды; это в 150 раз больше расстояния Земли от Солнца.

Масштабы самого внешнего пояса примерно в два раза превышают масштабы пояса Койпера, состоящего из малых тел и холодной пыли за пределами Нептуна. Внутренние пояса, которых раньше никто не видел, были обнаружены Уэббом впервые.

Пояса опоясывают молодую горячую звезду, которую можно увидеть невооруженным глазом как самую яркую звезду в созвездии Южной Рыбы. Пылевые пояса представляют собой обломки от столкновений более крупных тел, аналогичных астероидам и кометам, и их часто называют «дисками обломков».

«Я бы описал Фомальгаут как архетип дисков обломков, найденных в других местах нашей галактики, потому что у него есть компоненты, подобные тем, которые есть у нас в нашей собственной планетной системе», — сказал Андраш Гаспар из Аризонского университета в Тусоне и ведущий автор новой статьи, где описываются результаты открытия.

«Глядя на узоры в этих поясах, мы можем начать предполагать, как должна выглядеть планетарная система — как если бы мы действительно могли сделать достаточно четкий снимок, чтобы увидеть предполагаемые планеты».

Космический телескоп Хаббл и космическая обсерватория Гершеля, а также сеть телескопов ALMA ранее делали четкие изображения самого внешнего пояса. Однако ни один из них не нашел внутри него какой-либо структуры. Внутренние пояса были впервые показаны Уэббом в инфракрасном свете.

«В чем Уэбб действительно преуспевает, так это в том, что мы можем физически разрешить тепловое свечение пыли в этих внутренних областях. Таким образом, вы можете увидеть внутренние пояса, которые мы никогда не видели раньше», — говорят астрономы.

Хаббл, ALMA и Уэбб объединяют усилия, чтобы собрать целостное представление о дисках обломков вокруг нескольких звезд. «С помощью Хаббла и ALMA мы смогли получить изображения множества аналогов пояса Койпера и многое узнали о том, как формируются и развиваются внешние диски», — сказал Шайлер Вольф, соавтор исследования. «Но нам нужен Уэбб, чтобы мы могли получить изображения дюжины или около того поясов астероидов в других местах. Мы можем узнать столько же о внутренних теплых областях этих дисков, сколько Хаббл и ALMA рассказали нам о более холодных внешних областях».

Эти пояса, скорее всего, созданы гравитационными силами невидимых планет. Точно так же внутри Солнечной системы Юпитер окружает пояс астероидов, внутренний край пояса Койпера сформирован Нептуном, а внешний край может «охраняться» еще невидимыми телами за его пределами. По мере того как Уэбб показывает новые системы, мы узнаем о конфигурации их планет.

Пылевое кольцо Фомальгаута было обнаружено в 1983 году в ходе наблюдений, проведенных с помощью инфракрасного астрономического спутника НАСА (IRAS). Существование кольца также было выведено из предыдущих и более длинноволновых наблюдений с использованием телескопов на Мауна-Кеа, космического телескопа Спитцер и субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института.

«Пояса вокруг Фомальгаута — это что-то вроде детективного романа: где планеты?» — сказал Джордж Рике, еще один член группы и научный руководитель компании Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI), который сделал эти наблюдения. «Я думаю, не будет большим преувеличением сказать, что вокруг звезды, вероятно, есть действительно интересная планетарная система».

«Мы определенно не ожидали более сложной структуры со вторым промежуточным поясом, а затем с более широким поясом астероидов. Эта структура очень захватывающая, потому что каждый раз, когда астрономы видят щель и кольца в диске, они говорят: «Кольца могут формироваться планетой!»

Уэбб также показал то, что называется «великим пылевым облаком» (great dust cloud), и может свидетельствовать о столкновении двух протопланетных тел во внешнем кольце. Оно отличается от предполагаемой планеты, впервые замеченной Хабблом внутри внешнего кольца в 2008 году.

Последующие наблюдения Хаббла показали, что к 2014 году объект исчез. Правдоподобная интерпретация состоит в том, что эта недавно обнаруженная особенность, как и предыдущая, представляет собой расширяющееся облако очень мелких частиц пыли от двух ледяных тел, которые столкнулись друг с другом.

Идея протопланетного диска вокруг звезды восходит к концу 1700-х годов, когда Иммануил Кант и Пьер-Симон Лаплас независимо друг от друга разработали теорию о том, что Солнце и планеты образовались из вращающегося газового облака, которое сжалось и сплющилось под действием силы тяжести. Диски обломков развиваются позже, после образования планет и рассеивания первичного газа в системах.

Они показывают, что небольшие тела, такие как астероиды, сталкиваются и превращают свою поверхность в огромные облака пыли и других обломков. Наблюдения за их пылью дают уникальные сведения о структуре экзопланетной системы, вплоть до планет размером с Землю и даже астероидов, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть по отдельности.