Астрономы обнаружили необычную структуру диска вокруг звезды Фомальгаут

Яркая звезда в центре, Фомальгаут, окружена древним диском обломков неравномерной яркости. Диск ближе к звезде на юге, где он шире и тусклее, и дальше от звезды на севере, где диск уже и ярче. Пунктирное кольцо показывает возможную орбиту планеты, предложенную Ловеллом и др. Автор: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton

Астрономы, использующие массив радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), получили изображение с самым высоким на сегодняшний день разрешением, которое раскрывает новые детали необычной и загадочной архитектуры диска обломков, окружающего Фомальгаут — одну из самых ярких и хорошо изученных звезд в нашем космическом соседстве.

Диски обломков — это обширные пояса пыли и каменистых тел, похожие на пояс астероидов в нашей Солнечной системе, но гораздо более крупные. Асимметричность (или эксцентриситет) диска Фомальгаута интригует астрономов почти два десятилетия.

Международная исследовательская группа под руководством астрономов из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновского института и Университета Джонса Хопкинса опубликовала две статьи с анализом новых наблюдений в The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters. Теперь они обнаружили, что диск Фомальгаута не просто эксцентричен — его эксцентриситет меняется в зависимости от расстояния до звезды.

В отличие от предыдущих моделей, предполагающих однородный или «фиксированный» эксцентриситет, их новая модель, основанная на данных, показывает, что форма диска становится менее вытянутой (или менее эксцентричной) по мере удаления сегмента от Фомальгаута. Эта морфология известна как отрицательный градиент эксцентриситета.

«Наши наблюдения впервые показывают, что эксцентриситет диска не является постоянным, — сказал ведущий автор одной из статей Джошуа Беннетт Ловелл. — Он плавно уменьшается с расстоянием, что никогда ранее не было убедительно продемонстрировано ни в одном диске обломков».

Используя высокоразрешающие изображения ALMA на длинах волн 1,3 мм, команда подогнала к данным новую модель, которая учитывает радиус диска, ширину и асимметрии, с эксцентричной кольцевой моделью, которая может изменять свой эксцентриситет в зависимости от расстояния от звезды. Наилучшая модель указала на крутое снижение эксцентриситета с расстоянием, как предсказывают динамические теории о том, как планеты могут формировать диски обломков.

Этот отрицательный градиент дает подсказки о скрытых планетах, в настоящее время невидимых астрономами, вращающихся вокруг Фомальгаута. Новая модель предполагает, что массивная планета, вращающаяся внутри диска Фомальгаута, могла сформировать его эксцентричный профиль на раннем этапе истории экзопланетной системы. Необычная форма диска обломков могла сформироваться в молодости системы, во время фазы протопланетного диска, и сохранялась таким образом более 400 миллионов лет благодаря продолжающемуся воздействию этой планеты.

Во второй статье, которую возглавил аспирант Джей Читтиди из Университета Джонса Хопкинса, команда исчерпала возможность того, что эксцентриситет кольца фиксирован относительно расстояния от звезды.

«Проще говоря: мы не смогли найти модель с фиксированным эксцентриситетом, которая могла бы объяснить эти особенности диска Фомальгаута. Сравнивая старые и новые модели, мы теперь можем лучше интерпретировать этот диск и восстановить историю и настоящее состояние этой динамической системы», — сказал Читтиди.

Исследователи надеются, что эта новая модель будет дополнительно проверена с помощью большего количества наблюдений ALMA, которые недавно были одобрены. Команда поделилась кодом модели эксцентриситета, разработанным для этого исследования, чтобы позволить другим астрономам применять его к подобным системам.