Астрономы использовали космический телескоп НАСА имени Джеймса Вебба, чтобы сфотографировать теплую пыль вокруг ближайшей молодой звезды Фомальгаут и изучить первый пояс астероидов, единственный который когда-либо наблюдался за пределами нашей Солнечной системы в инфракрасном свете. Но, к их удивлению, пыльные структуры оказались намного сложнее, чем астероиды и пылевой пояс Койпера в нашей Солнечной системе.
Всего существует три внутренних пояса, простирающихся на 14 миллиардов миль (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 нашей Солнечной системы, состоящего из малых тел и холодной пыли за пределами Нептуна. Внутренние пояса, которых раньше никто не видел, были обнаружены Веббом впервые.
Пояса опоясывают молодую горячую звезду Фомальгаут, которую можно увидеть невооруженным глазом как самую яркую звезду в южном созвездии Южной Рыбы. Пыльные пояса представляют собой обломки от столкновений более крупных тел, аналогичных астероидам и кометам, и их часто называют «дисками обломков».
Космический телескоп Хаббл и космическая обсерватория Гершеля, а также Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакама (ALMA) ранее делали четкие изображения самого внешнего пояса. Однако ни один из этих инструментов не нашел внутри него какой-либо структуры. Внутренние пояса были впервые получены Веббом в инфракрасном свете.
«В чем Уэбб действительно преуспевает, так это в том, что мы можем физически получить тепловое свечение пыли в этих внутренних областях. Таким образом, вы можете увидеть внутренние пояса, которые мы никогда не видели раньше», — сказал Шайлер Вольф (Schuyler Wolff), ученый из команды в университете Аризоны.
Хаббл, ALMA и Вебб объединяют усилия, чтобы собрать целостное представление о дисках обломков вокруг нескольких звезд. С помощью Хаббла и ALMA ученые смогли получить изображения множества аналогов пояса Койпера и многое узнали о том, как формируются и развиваются внешние диски», — сказал Вольф. «Но нам нужен и Вебб, 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 нашей 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 Вебб получает изображения новых систем, ученые надеются узнать 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 субмиллиметровых телескопов на Мауна-Кеа, Гавайи, космического телескопа Спитцер и субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института.
Вебб также изобразил то, что может свидетельствовать о столкновении двух протопланетных тел во внешнем кольце. Это 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 астрономы 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. Обломочные диски 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.
Результаты команды представлены в журнале Nature Astronomy.
Источник: András Gáspár et al, Spatially resolved imaging of the inner Fomalhaut disk using JWST/MIRI, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01962-6