Для изучения первого пояса астероидов, когда-либо виденного за пределами нашей Солнечной системы, астрономы воспользовались космическим телескопом NASA/ESA/CSA Джеймсом Уэббом, чтобы получить изображение теплой пыли, окружающей молодую звезду Фомальгаут.
Однако результаты их исследования оказались намного сложнее, чем они ожидали, в частности, пылевые структуры были сложнее астероидов и пылевых поясов Койпера нашей Солнечной системы.
Существует три вложенных пояса, простирающиеся на 23 миллиарда километров от звезды, что больше в 150 раз за расстояние между Землей и Солнцем. Масштаб самого отдаленного пояса больше вдвое, чем масштаб пояса Койпера нашей Солнечной системы, состоящий из малых тел и холодной пыли по Нептуну. Внутренние ремни, ранее не известные, были обнаружены Веббом впервые.
Эти пояса окружают молодую горячую звезду, которую можно видеть невооруженным глазом как яркую звезду в южном созвездии Золотой Рыбы. Пыльные пояса являются обломками, возникающими в результате столкновений больших тел, аналогичных астероидам и кометам, и их часто называют «обломочными дисками».
«Я бы описал Фомальгаут как архетип обломочных дисков, найденных в других местах нашей галактики, потому что он содержит компоненты, подобные тем, которые у нас есть в нашей планетной системе», — сказал Андраш Гаспар из Университета Аризоны в Тусоне и ведущий автор новой статьи. описывая эти результаты. «Смотря на узоры в этих кольцах, мы можем начать делать небольшой эскиз того, как должна выглядеть планетная система — если бы мы могли сделать достаточно глубокое изображение, чтобы увидеть подозреваемые планеты».
Космический телескоп NASA/ESA Hubble и космическая обсерватория Herschel ESA, а также большая миллиметровая/субмиллиметровая матрица Atacama (ALMA) ранее сделали четкие изображения внешнего пояса. Однако ни один из них не нашел ни одной внутренней конструкции. Внутренние пояса были впервые обнаружены Уэббом в инфракрасном свете.
«Вебб действительно превосходит то, что мы можем физически разделить тепловое свечение пыли в этих внутренних регионах. Таким образом, вы можете увидеть внутренние пояса, которые мы никогда не могли видеть раньше», — сказал Шуйлер Вольф, другой член команды из Университета. штата Аризона.
Hubble, ALMA и Webb объединяются, чтобы создать целостное изображение дисков отломков вокруг нескольких звезд. "С помощью Хаббла и ALMA мы смогли получить изображения многих аналогов пояса Койпера, и мы многое узнали о том, как формируются и эволюционируют внешние диски", - сказал Вольфф. «Но нам нужен веб, чтобы позволить нам получить изображение около дюжины поясов астероидов в других местах. Мы можем узнать о внутренних теплых областях этих дисков столько же, сколько Хаббл и ALMA научили нас о более холодных внешних областях».
Эти пояса, скорее всего, сформированы силами тяготения, созданными невидимыми планетами. Подобным образом внутри нашей Солнечной системы Юпитер охватывает пояс астероидов, внутренний край пояса Койпера излеплен Нептуном, а внешний край может охраняться еще невидимыми телами за его пределами. Когда Уэбб снимет больше систем, мы узнаем о конфигурациях их планет.
Кольцо пыли вокруг Фомальгаута было открыто в 1983 году во время наблюдений, осуществленных инфракрасным астрономическим спутником NASA (IRAS). Существование кольца было подтверждено ранее с использованием субмиллиметровых телескопов на Маунакеа, Гавайи, космического телескопа Spitzer NASA и субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института на основе предварительных наблюдений с большей длиной волны.
«Пояса вокруг Фомальгаута — это своего рода таинственный роман: где находятся планеты?» сказал Джордж Рике, другой член команды и американский научный руководитель инновационного прибора среднего инфракрасного диапазона Вебба (MIRI), сделавший эти наблюдения. «Я считаю, что сказать, что вокруг звезды, вероятно, существует действительно интересная планетная система», это не очень большой шаг.
«Мы точно не ожидали более сложной структуры со вторым промежуточным поясом, а затем более широким поясом астероидов», — добавил Вольфф. «Эта структура очень увлекательна, потому что каждый раз, когда астроном видит промежуток и кольца в диске, они говорят: «Там может быть встроена планета, формирующая кольца!»
Вебб изобразил то, что Гаспар описал как «большое облако пыли», что может свидетельствовать о столкновении, произошедшем во внешнем кольце между двумя протопланетными телами. Это отличается от предварительного обнаружения планеты внутри внешнего кольца, которую Хаббл впервые увидел в 2008 году и которая к 2014 году исчезла. Вероятным объяснением этой недавней особенности, как и предыдущей, является расширенное облако очень мелких частиц пыли, возникшее в результате столкновения двух ледяных тел
Представление о протопланетном диске, окружающем звезду, достигает конца 1700-х годов, когда астрономы Иммануил Кант и Пьер-Симон Лаплас независимо друг от друга разработали теорию о происхождении Солнца и планет из газового облака, которое вращалось и разрушилось под влиянием гравитационной силы. Обломочные диски формируются позже, после образования планет и рассеяния первичного газа в системах. Эти диски позволяют малым объектам, таким как астероиды, столкнуться и раздробиться на большие тучи пыли и мусора. Наблюдение за пылью предоставляют уникальные информации о структуре экзопланетных систем, от планет, размером с Землю, до чрезвычайно малых астероидов, которые невозможно увидеть отдельно.
«Этот очень увлекательный результат подчеркивает уникальную способность MIRI изучать структуры, высеченные планетами в самых глубоких областях околозвездных дисков», — добавляет Джиллиан Райт, главный исследователь MIRI в Европе и директор Центра астрономических технологий Великобритании (UKATC).
Результаты команды опубликованы в журнале Nature Astronomy.
