[Перевод] Уэбб ищет планеты в системе Фомальгаута
На этом снимке показана звезда Фомальгаут, вокруг которой вращается недавно открытая планета. Фомальгаут гораздо горячее нашего Солнца, в 15 раз ярче и находится на расстоянии 25 световых лет от Земли. Водород в ней сгорает с такой бешеной скоростью, что она сгорит всего за один миллиард лет, что составляет 10% продолжительности жизни нашей звезды. Поле зрения составляет 2,7×2,9 градуса.
Система Фомальгаута находится недалеко от нас с астрономической точки зрения, к тому же это одна из самых ярких звёзд на ночном небе. Это означает, что астрономы интенсивно изучали её на протяжении многих лет. Теперь, когда у нас есть мощный космический телескоп им. Джеймса Уэбба, наблюдения за ней активизировались.
В системе Фомальгаута есть загадочный пылевой диск сложной конфигурации, в котором есть большое шаровое скопление пыли. Этот сгусток является предметом постоянных дебатов в астрономии. Сможет ли взгляд Уэбба проникнуть сквозь его сложность и найти ответы на вопросы?
Как и все звёзды такой яркости, Фомальгаут известна с глубокой древности. Её название происходит из древнеарабского языка и означает «рот <южной> рыбы». Это вполне логично, поскольку она находится в созвездии Южной Рыбы. Её обозначение — HR 8728, но в 2016 году МАС официально присвоил ей имя Фомальгаут.
Фомальгаут — самая яркая звезда в созвездии Южной
Фомальгаут молода — ей всего около 440 млн лет. Но он расходует свой водород с бешеной скоростью и может просуществовать всего около миллиарда лет. Это не так уж много для Вселенной, где некоторые звёзды живут триллионы лет. У Фомальгаута есть два близких друга — звезда главной последовательности K-типа TW Южной Рыбы и красный карлик M-типа LP 876–10. Вместе они представляют собой триединую звёздную систему.
В наше время астрономы изучили Фомальгаут и его сложный диск. В диске есть что-то плотное, и астрономы долго пытались определить, что именно. Группа исследователей наблюдала систему Фомальгаут с помощью прибора NIRCam и коронографа Уэбба и опубликовала свои результаты в работе «Поиск планет на орбите Фомальгаута с помощью NIRCam Уэбба».
В 2008 году астрономы обнаружили планету, вращающуюся вокруг Фомальгаута, и она получила условное название Fomalhaut b. Затем в 2012 году Хаббл подтвердил наличие этого объекта с помощью своей камеры Advanced Camera for Surveys. Но с тех пор шли горячие споры о природе этого объекта, поскольку систему Фомальгаут изучали различные команды исследователей. Постепенно идея о том, что Фомальгаут b является экзопланетой, утратила свою актуальность.
В 2012 году наблюдения космического телескопа
С тех пор научный консенсус в отношении сгустка материи в пылевом диске вокруг звезды отходит от гипотезы об экзопланеты, двигаясь в сторону идеи об облаке обломков. Обломки могли возникнуть в результате столкновения двух экзопланет, причём это облако может находиться на траектории убегания из системы.
Одной из трудностей на пути понимании этой системы является наличие в ней пыли. Она затрудняет наблюдения. Но Уэбб был создан именно для таких ситуаций. Он может видеть сквозь пыль гораздо эффективнее, чем другие телескопы, благодаря своему инфракрасному зрению.
Сила Уэбба заключается в паре инструментов и их фильтрах. NIRCam может видеть сквозь пыль и ионизированный газ, а MIRI — саму пыль. Добавив к этому фильтры, астрономы смогут «настроить» Уэбб на различные участки инфракрасного спектра.
Это новое исследование — не первый опыт изучения Фомальгаута с помощью Уэбба. В мае 2023 года группа исследователей использовала MIRI Уэбба для изучения сложной пылевой среды вокруг звезды. Они обнаружили новый промежуточный пылевой пояс, за которым, возможно, скрывается невидимая планета. Это исследование позволило предположить, что шаровое скопление Фомальгаут b могло возникнуть в этом поясе.
В этом исследовании также были найдены свидетельства ещё одного столкновения, вызвавшего образование пыли. «Мы также обнаружили большое пылевое облако внутри внешнего кольца, что, возможно, свидетельствует о другом столкновении, вызвавшем образование пыли», — говорится в статье. «В совокупности с предыдущими наблюдениями Фомальгаут представляется объектом сложной и, возможно, динамически активной планетарной системы».
На этом изображении показано, как прибор MIRI телескопа Уэбба выявил новую промежуточную брешь в сложном пылевом кольце Фомальгаута. На двух нижних панелях показано вновь обнаруженное пылевое облако в двух фильтрах MIRI, а на верхней панели — ранее обнаруженное облако, которое ранее считалось экзопланетой.
В новом исследовании участвуют те же учёные, и на этот раз они использовали прибор NIRCam телескопа Уэбба для изучения сложного пылевого кольца в различных диапазонах длин волн инфракрасного света. Эта пара исследований прекрасно иллюстрирует мощь и эффективность Уэбба.
Новые наблюдения, похоже, забили гвоздь в крышку гроба потенциальной экзопланеты, известной ранее как Фомальгаут b. «В соответствии с гипотезой о том, что Фомальгаут b не является массивной планетой, а представляет собой пылевое облако от столкновения планетезималей, мы не обнаруживаем её ни в F356W, ни в F444W (последняя полоса, где должна быть яркой планета размера Юпитера)», — пишут авторы.
Итак, это окончательное прощание с Фомальгаутом b. Или нет?
В ходе новых наблюдений с помощью NIRCam и NIRSpec исследователи обнаружили 10 источников в сложных пылевых кольцах. Они согласуются с коронаграфическими изображениями, полученными с HST и телескопа Кек. «Мы показываем, что это фоновые объекты, включая «Большое пылевое облако», обнаруженное в данных MIRI», — пишут они.
Но один из 10 объектов не имеет аналогов в предыдущих наблюдениях. Он находится на краю внутреннего пылевого кольца.
На этом снимке, полученном в ходе исследования, результаты исследования NIRCam наложены на MIRI-изображение системы пылевых колец Фомальгаута. Объект #7 — недавно обнаруженный, остальные объекты были найдены с помощью Keck и HST. Пунктирный круг показывает место, где должен находиться Фомальгаут b, но NIRCam не обнаружил никаких признаков этого объекта.
Так что же такое #7? Неужели это новый Фомальгаут b?
«Что наиболее интригует в этом объекте, единственном объекте NIRCam, который нельзя сразу связать с фоновым источником, так это его близость к внутреннему пылевому диску, недавно обнаруженному на снимках MIRI», — пишут авторы. Согласно результатам исследования, если это экзопланета, то её масса примерно такая же, как у Юпитера. Если это планета, то «она должна иметь существенные динамические взаимодействия с внутренним диском мусора», — поясняют авторы, но на снимках они не видят никаких признаков этого.
«В случае подтверждения её планетарной природы важно будет рассмотреть её возможное влияние на структуру внутреннего диска», — пишут они.
Как показывает вся эта увлекательная история, подтвердить наличие экзопланет в подобных пылевых кольцах довольно сложно. Однако именно внутри этих колец происходит формирование планет, а мы ещё многого не знаем об этом процессе. И это одна из причин, по которой был создан Уэбб.
