При поиске пояса астероидов Фомальгаута, Уэбб обнаружил нечто большее

К их удивлению оказалось, что пыльные структуры намного сложнее, чем астероиды и пылевые пояса Койпера в Солнечной системе. Всего существует три пояса, простирающихся на 23 миллиарда километров от звезды; это в 150 раз больше расстояния Земли от Солнца. Масштабы самого внешнего пояса примерно в 2 раза превышают масштабы пояса Койпера нашей системы, 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 южном созвездии Рыбы. Пыльные 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 дисковых обломков, найденных в других местах нашей галактики, потому что у него есть компоненты, подобные нашей собственной планетной системе», — сказал Андраш Гаспар из Аризонского университета в Тусоне и ведущий автор новой статьи. «Глядя на узоры в этих кольцах, мы действительно можем начать делать небольшой набросок того, как должна выглядеть планетарная система — если бы мы действительно могли сделать достаточно глубокий снимок, чтобы увидеть предполагаемые планеты».

Космический телескоп Хаббл и космическая обсерватория Гершеля, а также Большая миллиметровая/субмиллиметровая [антенная] решетка Атакама (ALMA) ранее делали четкие изображения самого внешнего пояса. Однако ни один из них не нашел внутри него какой-либо структуры. Внутренние пояса были впервые разрешены Уэббом в инфракрасном свете. «В чем Уэбб действительно преуспевает, так это в том, что мы можем физически найти тепловое свечение пыли в этих внутренних областях. Таким образом, можно увидеть внутренние пояса, которые мы никогда не наблюдали раньше», — сказал Шайлер Вольф, еще один член команды в университете Аризоны.

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 Вольф. «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 нашей Солнечной системы Юпитер окружает пояс астероидов, внутренний край пояса Койпера сформированы Нептуном, а внешний край может охраняться еще невидимыми телами за его пределами. По мере того как Уэбб изображает 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 субмиллиметровых телескопов на Мауна-Кеа, Гавайи, космического телескопа Спитцер НАСА 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 шагом 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», — добавил Вольф. «Эта структура очень захватывающая, потому что каждый раз, когда астрономы видит щель и кольца в диске, они говорят: «Кольца могут формироваться планетой!»

Уэбб также изобразил то, что Гаспар называет «великим пылевым облаком», 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 превращаются в огромные облака пыли и других обломков. Наблюдения за этой 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 публикуются в журнале Nature Astronomy.