Легендарная звезда не имеет доказательств строительства крупных планет
Со времен зарождения человеческого сознания наблюдатели за небом были озадачены «блуждающими звездами». Это пять видимых планет, обращающихся вокруг нашего Солнца. Считалось, что они влияют на земные дела и позволяют предсказывать будущее с помощью псевдонауки астрологии. Но настоящие астрономы задавались вопросом: откуда взялись планеты?
В конце XVIII века Иммануил Кант и Пьер-Симон Лаплас выдвинули гипотезу о том, что планеты сконденсировались из диска пыли и газа, окружающего новорожденное Солнце. Эта гипотеза основывалась на наблюдениях, что орбиты планет копланарны, и все они движутся в одном направлении, как вращающаяся пластинка фонографа. По сути, их орбиты - это остаточный скелет давно исчезнувшего диска. Но астрономам пришлось ждать 200 лет, прежде чем были собраны первые телескопические доказательства, подтверждающие догадку Канта и Лапласа. С помощью инфракрасного астрономического спутника (IRAS) они обнаружили загадочный избыток инфракрасного света от теплой пыли вокруг ярко-голубой звезды Вега в летнем созвездии Лиры. Это было интерпретировано как диск планетообразующего материала. Наблюдения с помощью IRAS показали, что такие диски часто встречаются вокруг молодых звезд. Вега стала первой подсказкой.
Теперь группа астрономов использовала объединенную мощь космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», чтобы вновь взглянуть на легендарный диск Веги. Хаббл видит обломки размером с частицы дыма, а Уэбб отслеживает частицы размером с песчинку. Большой сюрприз заключается в том, что нет никаких очевидных доказательств того, что одна или несколько крупных планет бороздят диск, как снежные тракторы. Такое часто встречается у других молодых звезд. Однако диск Веги выглядит почти гладким, как блин, без каких-либо признаков планет. Вега заставляет астрономов пересмотреть представление о разнообразии планетных систем вокруг других звезд. Очевидно, архитектура диска в других звездных системах устроена по-другому. Хаббл и Уэбб показывают нам, что звездное небо - это неожиданное разнообразие, когда речь идет о планетарных конструкциях.
Телескопы Хаббл и Уэбб исследуют удивительно гладкий диск вокруг Веги
В фильме 1997 года «Контакт», снятом по роману Карла Сагана 1985 года, главная героиня - ученый Элли Эрроуэй (ее играет актер Джоди Фостер) - отправляется на звезду Вега по червоточине, построенной инопланетянами. Она попадает в снежную бурю из обломков, окружающих звезду, но никаких планет не видно.
Похоже, создатели фильма не ошиблись.
Раскрытие загадочного диска Веги
Группа астрономов из Университета Аризоны в Тусоне использовала космические телескопы НАСА «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» для беспрецедентно глубокого изучения диска мусора диаметром почти a hundred миллиардов миль, окружающего Вегу. Телескопы «Хаббл» и «Уэбб» позволяют получить очень четкое представление о Веге. Это загадочная система, потому что она не похожа на другие околозвездные диски, которые мы рассматривали», - говорит Андраш Гаспар из Университета Аризоны, член исследовательской группы. «Диск Веги гладкий, до смешного гладкий».
Большим сюрпризом для исследовательской группы стало то, что нет никаких очевидных доказательств того, что одна или несколько больших планет бороздят диск, как снегоуборочные тракторы. Это заставляет нас переосмыслить диапазон и разнообразие экзопланетных систем», - говорит Кейт Су из Аризонского университета, ведущий автор статьи, в которой представлены результаты исследования „Уэбба“.
Уэбб видит инфракрасное свечение от диска частиц размером с песок, вращающегося вокруг обжигающей сине-белой звезды, которая в forty раз ярче нашего Солнца. Хаббл запечатлел внешний ореол этого диска с частицами размером не более консистенции дыма, которые отражают звездный свет.
Распределение пыли в диске Веги слоистое, потому что давление звездного света выталкивает мелкие зерна быстрее, чем крупные. Разные типы физики будут располагать частицы разного размера в разных местах», - говорит Шуйлер Вольф из команды Аризонского университета, ведущий автор статьи, в которой представлены результаты исследования „Хаббла“. «Тот факт, что мы наблюдаем сортировку частиц пыли по размерам, может помочь нам понять основную динамику в околозвездных дисках».
Признаки скрытых планет
Диск Веги имеет едва заметный разрыв на расстоянии около 60 AU (астрономических единиц) от звезды (что вдвое больше расстояния Нептуна от Солнца), но в остальном он очень ровный на всем пути, пока не теряется в бликах звезды. Это говорит о том, что в Солнечной системе не существует планет с массой хотя бы до массы Нептуна, обращающихся по большим орбитам, как в нашей Солнечной системе, говорят исследователи.
«Мы видим в деталях, насколько разнообразны околозвездные диски и как это разнообразие связано с лежащими в их основе планетарными системами. Мы узнаем много нового о планетарных системах - даже когда не можем увидеть те, что могут быть скрытыми планетами», - добавляет Су. «В процессе формирования планет еще много неизвестного, и я думаю, что эти новые наблюдения Веги помогут ограничить модели формирования планет».
Формирование планет и динамика пыли
Новообразующиеся звезды накапливают материал из диска пыли и газа, который является сплющенным остатком облака, из которого они образовались. В середине 1990-х годов «Хаббл» обнаружил диски вокруг многих новообразующихся звезд. Диски, вероятно, являются местами формирования планет, миграции, а иногда и разрушения. Полностью созревшие звезды, такие как Вега, имеют пылевые диски, обогащенные постоянными столкновениями орбитальных астероидов и обломков испаряющихся комет. Это первозданные тела, которые могут сохраниться до нынешнего 450-миллионного возраста Веги (наше Солнце примерно в десять раз старше Веги). Пыль внутри нашей Солнечной системы (видимая как Зодиакальный свет) также пополняется за счет мелких тел, выбрасывающих пыль со скоростью около 10 тонн в секунду. Эту пыль толкают планеты. Это дает возможность обнаружить планеты вокруг других звезд, не видя их напрямую - просто наблюдая за тем, как они влияют на пыль.
Вега по-прежнему необычна. Архитектура системы Веги заметно отличается от нашей Солнечной системы, где гигантские планеты, такие как Юпитер и Сатурн, не дают пыли распространяться так, как это происходит на Веге.
Сравнение Веги и Фомальхаута
Для сравнения можно привести соседнюю звезду Фомальгаут, которая находится примерно на том же расстоянии, имеет тот же возраст и температуру, что и Вега. Но околозвездная архитектура Фомальгаута значительно отличается от архитектуры Веги. Фомальгаут имеет три вложенных друг в друга пояса обломков.
Предполагается, что планеты являются пастушьими телами вокруг Фомальгаута, которые гравитационно сжимают пыль в кольца, хотя ни одна планета пока не была идентифицирована. Учитывая физическое сходство между звездами Вега и Фомальгаут, почему Фомальгаут, похоже, смог сформировать планеты, а Вега - нет? В чем разница? Околозвездная среда или сама звезда создали эту разницу? Что озадачивает, так это то, что в обоих случаях работает одна и та же физика.
Первая подсказка к возможным планетарным строительным верфям
Вега, расположенная в летнем созвездии Лиры, - одна из самых ярких звезд северного неба. Вега легендарна тем, что на ней впервые было обнаружено вещество, вращающееся вокруг звезды - предположительно, материал для создания планет - как потенциальное место обитания жизни. Впервые эту гипотезу выдвинул Иммануил Кант в 1775 году. Но прошло более 200 лет, прежде чем в 1984 году были собраны первые свидетельства наблюдений. Загадочный избыток инфракрасного света от теплой пыли был обнаружен спутником НАСА IRAS (Infrared Astronomy Satellite). Оно было интерпретировано как оболочка или диск пыли, простирающийся от звезды на расстояние, вдвое превышающее орбитальный радиус Плутона.
В 2005 году инфракрасный космический телескоп НАСА «Спитцер» зафиксировал кольцо пыли вокруг Веги. В дальнейшем это было подтверждено наблюдениями с помощью субмиллиметровых телескопов, включая субмиллиметровую обсерваторию Калтеха на Мауна-Кеа (Гавайи), а также Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) в Чили и космический телескоп Гершель Европейского космического агентства (ЕКА), но ни один из этих телескопов не смог разглядеть много деталей. Наблюдения «Хаббла» и «Уэбба» вместе дают настолько больше деталей, что рассказывают нам о системе Веги нечто совершенно новое, о чем раньше никто не знал.