Более ранние наблюдения Фомальгаута с помощью ALMA, сделанные в 2012 году, когда телескоп еще строился, выявили только половину диска обломков. Хотя это первое изображение было всего лишь тестом начальных возможностей ALMA, оно тем не менее дало соблазнительные намеки на природу и возможное происхождение диска.Новые наблюдения ALMA предлагают потрясающе полное представление об этой светящейся полосе обломков, а также предполагают, что есть химическое сходство между ее ледяным содержимым и кометами в нашей солнечной системе.«ALMA предоставила нам поразительно четкое изображение полностью сформированного диска обломков», — сказала Мередит МакГрегор, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, и ведущий автор одной из двух статей, принятых для публикации в Астрофизический журнал, описывающий эти наблюдения. «Наконец-то мы можем увидеть четко очерченную форму диска, которая может многое рассказать нам о лежащей в основе планетной системе, ответственной за его очень характерный внешний вид».
Фомальгаут — относительно близкая звездная система, одна из 20 планет, в которых были получены изображения непосредственно. Возраст всей системы составляет примерно 440 миллионов лет, что составляет примерно одну десятую возраста нашей Солнечной системы.Как показано на новом изображении ALMA, яркая полоса ледяной пыли шириной около 2 миллиардов километров образовалась примерно в 20 миллиардах километров от звезды.Диски обломков являются обычным явлением вокруг молодых звезд и представляют собой очень динамичный и хаотический период в истории Солнечной системы.
Астрономы считают, что они образованы в результате продолжающихся столкновений комет и других планетезималей во внешних границах недавно сформированной планетной системы. Обломки, оставшиеся от этих столкновений, поглощают свет от своей центральной звезды и переизлучают эту энергию в виде слабого свечения миллиметрового диапазона, которое можно изучать с помощью ALMA.Используя новые данные ALMA и подробное компьютерное моделирование, исследователи смогли вычислить точное местоположение, ширину и геометрию диска. Эти параметры подтверждают, что такое узкое кольцо, вероятно, образовано в результате гравитационного воздействия планет в системе, отметил МакГрегор.
Новые наблюдения ALMA также являются первыми, кто окончательно демонстрирует «свечение апоцентра», явление, предсказанное в статье 2016 года Маргарет Пэн, ученого из Массачусетского технологического института в Кембридже, которая также является соавтором новых статей ALMA. . Как и все объекты с вытянутыми орбитами, пыльный материал в диске Фомальгаута движется медленнее, когда он находится дальше всего от звезды. Когда пыль замедляется, она накапливается, образуя более плотные скопления в более удаленных частях диска. Эти плотные области могут быть замечены ALMA как более яркое излучение миллиметрового диапазона.Используя тот же набор данных ALMA, но сосредоточив внимание на различных миллиметровых сигналах, естественно излучаемых молекулами в космосе, исследователи также обнаружили огромные запасы газообразного монооксида углерода точно в том же месте, что и диск обломков.
«Эти данные позволили нам определить, что относительное содержание оксида углерода и диоксида углерода вокруг Фомальгаута примерно такое же, как в кометах в нашей солнечной системе», — сказал Лука Матра из Кембриджского университета, Великобритания, и ведущий автор исследования. вторая работа команды. «Это химическое родство может указывать на схожесть условий образования комет между внешними границами этой планетной системы и нашей собственной». Матра и его коллеги считают, что этот газ выделяется либо в результате непрерывных столкновений комет, либо в результате одного большого столкновения между суперкометами, в сотни раз более массивными, чем Хейла-Боппа.Присутствие этого четко определенного диска обломков вокруг Фомальгаута, наряду с его любопытно знакомым химическим составом, может указывать на то, что эта система подвергается собственной версии поздней тяжелой бомбардировки, период примерно 4 миллиарда лет назад, когда Земля и другие планеты регулярно подвергались ударам. скоплениями астероидов и комет, оставшихся от образования нашей Солнечной системы.«Двадцать лет назад лучшие телескопы миллиметрового диапазона дали первые нечеткие карты песчинок, вращающихся вокруг Фомальгаута.
Теперь, благодаря всем возможностям ALMA, было получено изображение всего кольца материала», — заключил Пол Калас, астроном из Калифорнийского университета в Беркли. и главный исследователь по этим наблюдениям. «Однажды мы надеемся обнаружить планеты, которые влияют на орбиты этих зерен».