Astronomowie wykorzystali Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) do zobrazowania pobliskiej gwiazdy Fomalhaut i otaczającego ją dysku pyłowego. Obserwacje pokazały, że dysk ten nie jest jednorodny i właściwie składa się z trzech oddzielnych pasów planetoid. To pierwsze obserwacje tego typu obiektów poza naszym Układem Słonecznym. Odkrycia zaskoczyły naukowców, bo badane struktury są znacznie bardziej złożone, niż znajdujące się w Układzie Słonecznym Pas Planetoid czy Pas Kuipera.
Trzy pasy planetoid odkryte wokół Fomalhauta rozciągające się na odległość 23 miliardów kilometrów. To 150 razy więcej, niż odległość Ziemi od Słońca. Pas oddalony najbardziej od gwiazdy jest mniej więcej dwa razy większy od leżącego za Neptunem Pasa Kuipera, w którym znajdują się małe obiekty. Wewnętrzne pasy nigdy wcześniej nie były widoczne i zostały sfotografowane przez Webba po raz pierwszy – informuje NASA.
Stryktury te okrążają młodą, gorącą gwiazdę, którą widać gołym okiem jako najjaśniejszą gwiazdę w gwiazdozbiorze Ryby Południowej (Piscis Austrinus). Znajduje się ona około 25 lat świetlnych o Ziemi. Dysk pyłowy jest prawdopodobnie pozostałością po zderzeniach większych ciał, jak asteroidy i komety. Dlatego podobne obiekty bywają opisywane przez naukowców jako „dyski gruzowe” (z j. ang.: „debris disks”).
- Dyski gruzowe wokół Fomalhauta są zbudowane ze składników, które występują w naszym własnym układzie planetarnym. Dlatego są one niejako archetypem podobnych obiektów znalezionych gdzie indziej – mówi główny autor nowych badań András Gáspár z Uniwersytetu Arizony w Tucson.
Wyniki badań zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-023-01962-6).
Kosmiczny Teleskop Hubble'a i Kosmiczne Obserwatorium Herschela, a także Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), wykonały wcześniej zdjęcia dysku pyłowego wokół Fomalhauta. Jednak żaden z nich nie był w stanie zobaczyć obiektów wewnątrz tej struktury. Zostały po raz pierwszy zaobserwowane przez JWST w świetle podczerwonym. – Teleskop Webba naprawdę się wyróżnia. Dzięki niemu możemy rozróżnić termiczną poświatę od pyłu w wewnętrznych regionach. Można więc zobaczyć dyski gruzowe znajdujące bliżej gwiazdy – wyjaśnia współautor odkrycia Schuyler Wolff.
Hubble, ALMA i Webb współpracują ze sobą, aby stworzyć obrazy podobnych dysków krążących także wokół innych gwiazd. – Dzięki Hubble'owi i ALMA mogliśmy sfotografować kilka struktur analogicznych do Pasa Kuipera. Wiemy już wiele o tym, jak tworzą się i ewoluują zewnętrzne pasy – mówi Wolff. – Jednak potrzebujemy Teleskopu Webba, aby dokładniej obrazować wewnętrzne struktury. Być może dowiemy się równie dużo o cieplejszych regionach tych układów – wyjaśnia naukowiec.
Fomalhaut Ring from NRAO Outreach on Vimeo.
Badacze spekulują, że podobne struktury w innych układach gwiezdnych zostały ukształtowane przez siły grawitacyjne niewidocznych dla nas planet. Podobnie dzieje się w Układzie Słonecznym. Grawitacja Jowisza utrzymuje krążący między nim a Marsem Pas Planetoid. Na wewnętrzną krawędź Pasa Kuipera wpływa Neptun, zaś zewnętrzną część mogą kształtować obiekty, które znajdują się poza nim, a których jeszcze nie dostrzegliśmy.
Pyłowy pierścień wokół Fomalhauta został odkryty w 1983 r. dzięki obserwacjom wykonanym przez satelitę na podczerwień IRAS. O istnieniu pierścienia wnioskowano również z wcześniejszych obserwacji przy użyciu teleskopów submilimetrowych na Mauna Kea na Hawajach, Kosmicznego Teleskopu Spitzera NASA oraz Obserwatorium Submilimetrowego Caltech.
– Pasy wokół Fomalhauta są czymś w rodzaju powieści z tajemnicą w tle. Chcemy poznać odpowiedź na pytanie: „gdzie są planety?” – mówi współautor badań George Rieke. – Myślę, że nie powiem nic rewolucyjnego stwierdzając, że wokół tamtej gwiazdy istnieje prawdopodobnie bardzo interesujący układ planetarny – dodaje.
– Nie spodziewaliśmy się tak złożonej struktury z drugim pasem pośrednim, a następnie trzecim pasem planetoid – wyjaśnia Wolff. – Taka struktura jest bardzo ekscytująca, ponieważ za każdym razem, gdy dostrzegamy lukę między pierścieniami, od razu myślimy, że może znajdować się tam planeta – tłumaczy.
Webb zobrazował również to, co Gáspár nazwał „wielką chmurą pyłu” w zewnętrznym pierścieniu Fomalhauta. Może być ona dowodem na kolizje zachodzące pomiędzy ciałami protoplanetarnymi, znajdującymi się w tym obszarze.
Idea dysku protoplanetarnego krążącego wokół gwiazdy sięga XVIII w., kiedy to Immanuel Kant i Pierre-Simon Laplace niezależnie od siebie opracowali teorię, że Słońce i planety uformowały się z wirującego obłoku gazu i pyłu, który zapadł się i spłaszczył pod wpływem grawitacji. Dyski gruzowe rozwijają się później, po uformowaniu planet i rozproszeniu pierwotnego gazu w układach. Ich istnienie świadczy o tym, że małe ciała, takie jak asteroidy, zderzają się i miażdżą wzajemnie, powodując powstanie ogromnych chmury pyłu i innych odłamków. Obserwacje tego typu obiektów dostarczają unikalnych wskazówek na temat struktury układów planetarnych.
Źródło: NASA, fot. NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona). Image processing: A. Pagan (STScI)
