ALMA разглядела ледяное кольцо вокруг планетарной системы звезды Фомальгаут

Международная команда учёных с помощью антенной решётки ALMA сделала первое законченное изображение в миллиметровом диапазоне кольца из пылевых обломков, окружающего молодую звезду Фомальгаут (Fomalhaut). Эта удивительна правильная ассоциация мелких камней и газа, вероятно, является результатом воздействия экзокомет, сталкивающихся друг с другом на внешних рубежах планетарной системы, расположенной от Земли на расстоянии 25 световых лет.

Более ранние наблюдения ALMA за этой звездой, проведённые в 2012 году, когда телескопы ещё находились в процессе строительства, показали только приблизительно половину всех деталей этого осколочного диска. И, хотя, то первое изображение было только тестом возможностей ALMA, сама решётка обладала таким потенциалом, что полученная информация уже тогда указала удивительные намёки на природу и возможное происхождение этого диска.

Новые наблюдения от ALMA открывают новый потрясающий вид на эти раскалённые обломки в полном объёме. Эти данные также предполагаю, что между ледяным содержанием комет в системе Фомальгаут и кометами в Солнечной Системе есть общие химические черты.

«ALMA предоставила нам потрясающе чёткое изображение полностью сформированного осколочного диска. Мы, наконец, можем видеть чётко определённую форму диска, который может много нам рассказать об основной планетарной системе, которая ответственна за такую выразительную внешность», — Мередит Макгрегор, астроном в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики и ведущий автор одной из двух статей, принятых для публикации в издании Королевского Астрономического Общества, описывающих эти наблюдения.

Фомальгаут является относительно близкой соседней к нам звёздной системой и одной из двадцати, у которых экзопланеты удавалось наблюдать непосредственно. Система у этой звезды имеет возраст примерно в 440 миллионов лет или приблизительно одну десятую возраста Солнечной Системы. Как следует из опубликованного изображения ALMA, красивая полоса из ледяной пыли шириной примерно в 2 миллиарда километров сформировалась на расстоянии 20 миллиардов километров от звезды.

Осколочные диски являются обычными чертами молодых звёзд и представляют собой очень динамический и хаотичный период в истории звёздных систем. Астрономы полагают, что они формируются в результате продолжающихся столкновений комет и других планетезималей на внешних границах недавно сформировавшейся планетарной системы. Оставшиеся обломки от этих столкновений поглощают свет от своей звезды и вторично переизлучают ту энергию в виде слабого свечения миллиметрового диапазона, который и может быть изучен с помощью ALMA.

Используя полученные новые данные и подробные компьютерные модели, исследователи смогли вычислить точное расположение, ширину и геометрию диска. Эти параметры подтверждают, что такое узкое кольцо, вероятно, образовалось в результате гравитационного влияния планет в системе. Новые наблюдения ALMA также окончательно доказывают явление «накала апоцентра», предсказанного Маргарет Пен из Массачусетского технологического института в статье за 2016 год. Она является соавтором и этих исследований.

Как и все объекты с вытянутыми орбитами, пылевой материал в диске вокруг звезды Фомальгаут перемещается медленнее на удалении от звезды и быстрее во внутренних регионах. Поскольку пыль замедляется, она имеет свойство накапливаться, формируя более плотные концентрации в отдалённых частях. Эти плотные области могут быть замечены в данных ALMA в виде более яркого излучения в миллиметровых волнах. А используя тот же набор данных, но сосредоточившись на других сигналах миллиметрового диапазона, естественно испускаемых молекулами в космосе, исследователи также обнаружили обширные скопления моноокиси углерода в том же месте, где расположен сам диск.

«Эти данные позволили нам понять то, что распространение моноокиси углерода и диоксида углерода вокруг этой звезды совпадает с наличием этих элементов в кометах Солнечной Системы. Это химическое родство может указать на подобия в условиях формирования комет на внешних границах системы Фомальгаут и нашей собственной», — Лука Матра из Кембриджского университета, ведущий автор второй статьи.

Матра и его коллеги полагают, что это хорошо наблюдаемый осколочный диск и удивительно схожее химическое наполнение системы может говорить о том, что она в настоящее время находится в эпохе поздней тяжёлой бомбардировки (Late Heavy Bombardment). Такой период в Солнечной Системе был 4 миллиарда лет назад, когда Земля и другие планеты подвергались ударам множества астероидов и комет, оставшихся со времени формирования Солнечной Системы.

«Двадцать лет назад лучшие телескопы миллиметрового диапазона получили первые нечёткие кадры зёрен песка, вращающихся вокруг звезды Фомальгаут. Теперь, благодаря полноценным возможностям ALMA можно наблюдать диск целиком. Мы надеемся, что однажды мы сможем обнаружить планеты, влияющие на эту пыль», — Пол Калас, астроном в Калифорнийском университете в Берлки, научных руководитель этих наблюдений.

Источник: public.nrao.edu