Для вивчення першого поясу астероїдів, коли-небудь баченого за межами нашої Сонячної системи, астрономи скористалися космічним телескопом NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба, щоб отримати зображення теплого пилу, що оточує молоду зірку Фомальгаут.
Однак результати їхнього дослідження виявилися набагато складнішими, ніж вони очікували, зокрема, пилові структури були складнішими за астероїди та пилові пояси Койпера нашої Сонячної системи.
Існує три вкладені пояси, що простягаються на 23 мільярди кілометрів від зірки, що є більшим в 150 разів за відстань між Землею та Сонцем. Масштаб найвіддаленішого поясу більший удвічі, ніж масштаб пояса Койпера нашої Сонячної системи, який складається з малих тіл та холодного пилу за Нептуном. Внутрішні ремені, раніше не відомі, були виявлені Веббом вперше.
Ці пояси оточують молоду гарячу зірку, яку можна бачити неозброєним оком як найяскравішу зірку в південному сузір’ї Золотої Риби. Пилові пояси є уламками, що виникають внаслідок зіткнень більших тіл, аналогічних астероїдам та кометам, і їх часто називають «уламковими дисками».
«Я б описав Фомальгаут як архетип уламкових дисків, знайдених в інших місцях нашої галактики, тому що він містить компоненти, подібні до тих, які ми маємо в нашій планетній системі», — сказав Андраш Гаспар з Університету Арізони в Тусоні та провідний автор нової статті. описуючи ці результати. «Дивлячись на візерунки в цих кільцях, ми можемо почати робити невеликий ескіз того, як має виглядати планетна система — якби ми могли зробити досить глибоке зображення, щоб побачити підозрювані планети».
Космічний телескоп NASA/ESA Hubble і космічна обсерваторія Herschel ESA, а також велика міліметрова/субміліметрова матриця Atacama (ALMA) раніше зробили чіткі зображення зовнішнього поясу. Однак жоден із них не знайшов жодної внутрішньої конструкції. Внутрішні пояси були вперше виявлені Веббом в інфрачервоному світлі.
«Вебб дійсно перевершує те, що ми можемо фізично розділити теплове світіння пилу в цих внутрішніх регіонах. Таким чином, ви можете побачити внутрішні пояси, яких ми ніколи не могли бачити раніше», — сказав Шуйлер Вольф, інший член команди з Університету. штату Арізона.
Hubble, ALMA та Webb об’єднуються, щоб створити цілісне зображення дисків уламків навколо кількох зірок. «За допомогою Хаббла та ALMA ми змогли отримати зображення багатьох аналогів поясу Койпера, і ми багато дізналися про те, як формуються та еволюціонують зовнішні диски», — сказав Вольфф. «Але нам потрібен Вебб, щоб дозволити нам отримати зображення близько дюжини поясів астероїдів в інших місцях. Ми можемо дізнатися про внутрішні теплі області цих дисків стільки ж, скільки Хаббл і ALMA навчили нас про холодніші зовнішні області».
Ці пояси, швидше за все, сформовані силами тяжіння, створеними невидимими планетами. Подібним чином усередині нашої Сонячної системи Юпітер охоплює пояс астероїдів, внутрішній край поясу Койпера виліплений Нептуном, а зовнішній край може охоронятися ще невидимими тілами за його межами. Коли Вебб зніме більше систем, ми дізнаємося про конфігурації їхніх планет.
Кільце пилу навколо Фомальгаута було відкрите в 1983 році під час спостережень, здійснених інфрачервоним астрономічним супутником NASA (IRAS). Існування кільця було також підтверджено раніше з використанням субміліметрових телескопів на Маунакеа, Гаваї, космічного телескопа Spitzer NASA та субміліметрової обсерваторії Каліфорнійського технологічного інституту на основі попередніх спостережень з більшою довжиною хвилі.
«Пояси навколо Фомальгаута — це свого роду таємничий роман: де знаходяться планети?» сказав Джордж Ріке, інший член команди та американський науковий керівник інноваційного приладу середнього інфрачервоного діапазону Вебба (MIRI), який зробив ці спостереження. «Я вважаю, що сказати, що навколо зірки, ймовірно, існує справді цікава планетна система», — це не дуже великий крок.
«Ми точно не очікували більш складної структури з другим проміжним поясом, а потім ширшим поясом астероїдів», — додав Вольфф. «Ця структура дуже захоплююча, тому що щоразу, коли астроном бачить проміжок і кільця в диску, вони кажуть: «Там може бути вбудована планета, яка формує кільця!»»
Вебб зобразив те, що Гаспар описав як «велика хмара пилу», що може свідчити про зіткнення, що відбулося в зовнішньому кільці між двома протопланетними тілами. Це відрізняється від попереднього виявлення планети всередині зовнішнього кільця, яку Хаббл вперше побачив у 2008 році, і яка до 2014 року зникла. Ймовірним поясненням цієї недавньої особливості, як і попередньої, є розширена хмара дуже дрібних частинок пилу, що виникла в результаті зіткнення двох крижаних тіл
Уявлення про протопланетний диск, що оточує зірку, сягає кінця 1700-х років, коли астрономи Іммануїл Кант і П’єр-Сімон Лаплас незалежно один від одного розробили теорію про походження Сонця та планет з газової хмари, яка оберталася і зруйнувалася під впливом гравітаційної сили. Уламкові диски формуються пізніше, після утворення планет та розсіювання первинного газу в системах. Ці диски дозволяють малим об'єктам, таким як астероїди, зіткнутися та роздробитися на великі хмари пилу та сміття. Спостереження за пилом надають унікальні інформації щодо структури екзопланетних систем, від планет, розміром із Землю, до надзвичайно малих астероїдів, які неможливо побачити окремо.
«Цей дуже захоплюючий результат підкреслює унікальну здатність MIRI вивчати структури, висічені планетами у найглибших областях навколозоряних дисків», — додає Джилліан Райт, головний дослідник MIRI в Європі та директор Центру астрономічних технологій Великобританії (UKATC).
Результати команди опубліковані в журналі Nature Astronomy.
