JWST ищет планеты в системе Фомальгаут

Система Фомальгаут находится недалеко от нас с астрономической точки зрения, а также является одной из самых ярких звезд ночного неба. Это означает, что астрономы интенсивно изучали его на протяжении многих лет. Теперь, когда у нас есть мощный космический телескоп Джеймса Уэбба, наблюдения стали более интенсивными.

Система Фомальгаут имеет запутанный и сложный пылевой диск, включающий в себя пыльную каплю. Капля была предметом постоянных дебатов в астрономии. Сможет ли JWST разобраться в этой сложности и найти ответы на вопросы, остающиеся без ответа?

Как и все столь яркие звезды, Фомальгаут известен с античных времен. Его название происходит от древнеарабского языка и означает «пасть рыбы». Это имеет смысл, поскольку она находится в созвездии Рыбы (Южные Рыбы). Его обозначение — HR 8728, но в 2016 году МАС официально назвал его Фомальгаутом.

Фомальгаут — самая яркая звезда в созвездии Австрийских Рыб. Изображение предоставлено: IAU и журнал Sky & Telescope (Роджер Синнотт и Рик Файнберг) – [1]CC BY 3.0

Фомальгаут молод, ему всего около 440 миллионов лет. Но он потребляет водород с бешеной скоростью и может просуществовать всего около одного миллиарда лет. Это не так уж и долго во Вселенной, где некоторые звезды существуют триллионы лет. У Фомальгаута есть два близких друга: звезда главной последовательности K-типа TW Piscis Austrini и звезда красного карлика M-типа LP 876-10. Вместе они составляют тройную звездную систему.

В наше время астрономы исследовали Фомальгаут и его сложный диск. В диске есть что-то плотное, и астрономы изо всех сил пытались определить, что именно. Группа исследователей наблюдала систему Фомальгаут с помощью инструмента и коронографа NIRCam JWST и опубликовала свои результаты в статье «Поиск планет, вращающихся вокруг Фомальгаута с помощью JWST/NIRCam».

В 2008 году астрономы обнаружили планету, вращающуюся вокруг Фомальгаута, и она получила условное название Фомальгаут b. Затем, в 2012 году, «Хаббл» подтвердил объект с помощью своей усовершенствованной камеры для съемки. Но с тех пор по поводу объекта продолжаются споры, поскольку разные исследователи изучали доказательства и систему Фомальгаута. Идея о том, что Фомальгаут b был экзопланетой, вышла из моды.

В 2012 году наблюдения космического телескопа «Хаббл», казалось, подтвердили существование Фомальгаута b, но с тех пор гипотеза об экзопланете вышла из моды. Изображение предоставлено: НАСА/HST

С тех пор научный консенсус относительно сгустка в звездном диске отклоняется от гипотезы об экзопланете в сторону идеи, что это облако обломков. Обломки могли образоваться в результате столкновения двух экзопланет, а облако могло двигаться по траектории бегства.

Одна из сложностей в понимании системы — это вся пыль. Это затрудняет наблюдение. Но JWST был создан именно для этой ситуации. Благодаря острому инфракрасному зрению он может видеть сквозь пыль гораздо эффективнее, чем другие телескопы.

Сила Уэбба заключается в его паре инструментов и их фильтрах. NIRCam может видеть сквозь пыль и ионизированный газ, а MIRI может видеть саму пыль. Добавьте к ним фильтры, и астрономы смогут «настроить» JWST на разные части инфракрасного спектра.

Это новое исследование — не первый раз, когда JWST исследует Фомальгаут. В мае 2023 года группа исследователей использовала MIRI JWST для исследования сложной пылевой среды вокруг звезды. Они обнаружили новый промежуточный пылевой пояс, которым, возможно, управляет невидимая планета. Это исследование показало, что сгусток Фомальгаут b мог возникнуть именно в этом поясе.

Это исследование также обнаружило доказательства еще одного столкновения с образованием пыли. «Мы также обнаружили большое облако пыли внутри внешнего кольца, возможное свидетельство еще одного столкновения, создающего пыль», — говорится в документе. «В совокупности с предыдущими наблюдениями Фомальгаут, по-видимому, является местом расположения сложной и, возможно, динамически активной планетной системы».

На этом изображении показано, как прибор MIRI JWST обнаружил новый промежуточный разрыв в сложном пылевом кольце Фомальгаута. Две нижние панели показывают недавно обнаруженное облако пыли в двух фильтрах MIRI, а верхняя панель показывает ранее открытое облако, которое когда-то считалось экзопланетой. Изображение предоставлено: Гаспар и др. 2023.

В новом исследовании участвуют те же исследователи, и на этот раз они использовали инструмент NIRCam JWST для исследования сложного пылевого кольца в различных длинах волн инфракрасного света. Эта пара исследований прекрасно иллюстрирует мощь и эффективность JWST.

Эти новые наблюдения, похоже, забивают гвоздь в гроб потенциальной экзопланеты, ранее известной как Фомальгаут b. «В соответствии с гипотезой о том, что Фомальгаут b не является массивной планетой, а представляет собой пылевое облако, возникшее в результате столкновения планетезималей, мы не обнаруживаем его ни в F356W, ни в F444W (последний диапазон, где планета размером с Юпитер должна быть яркой)», — заявили ученые. пишут авторы.

Итак, последнее прощание с Фомальгаутом б. Или это?

В новых наблюдениях с помощью NIRCam и NIRSpec исследователи обнаружили 10 источников в сложных пылевых кольцах. Они согласуются с коронографическими изображениями, полученными HST и телескопом Кек. «Мы показываем, что это фоновые объекты, в том числе «Великое пылевое облако», идентифицированное в данных MIRI», — пишут они.

Но один из 10 объектов не имеет аналога в предыдущих наблюдениях. Это на краю внутреннего пылевого кольца.

На этом изображении исследования показано, что результаты NIRCam наложены на изображение MIRI системы пылевых колец Фомальгаута. №7 — это недавно обнаруженный объект, а остальные объекты были найдены с помощью Кека и HST. Пунктирный кружок показывает, где должен находиться Фомальгаут b, но NIRCam не обнаружил никаких доказательств этого. Изображение предоставлено: Игуф и др. 2023.

Так что же такое №7? Это новый Фомальгаут б?

«Что самое интригующее в этом объекте, единственном объекте NIRCam, который нельзя сразу связать с источником фона, так это его близость к внутреннему пылевому диску, недавно обнаруженному на изображениях MIRI», — пишут авторы. Согласно исследованию, если это экзопланета, то ее масса примерно такая же, как у Юпитера. Если это планета, «она должна иметь существенные динамические взаимодействия с внутренним диском обломков», объясняют они, но не видят никаких доказательств этого на этих изображениях.

«Важно будет рассмотреть его возможное влияние на структуру внутреннего диска, если будет подтверждена его планетарная природа», — пишут они.

Как показывает вся эта увлекательная сага, подтвердить наличие экзопланет в таких пыльных кольцах сложно. Однако именно внутри этих колец происходит формирование планет, и мы многого об этом процессе не знаем. Это одна из причин, по которой был построен JWST.

Эти наблюдения JWST не могут подтвердить существование новой планеты, но, возможно, она еще не завершила свою работу в системе. «Является ли этот объект фоновой галактикой, коричневым карликом или планетой массы Юпитера в системе Фомальгаут, будет определено утвержденной программой последующих исследований второго цикла», — поясняют авторы.

Эти наблюдения будут более продолжительными, и это может помочь усилить сигналы и устранить шум в наблюдениях. Это означает, что меньшие объекты должны быть обнаружены, и «снизит предел обнаружения с ~0,6 массы Юпитера до ~0,3-0,4 массы Юпитера…??

Следующий раунд наблюдений JWST должен либо подтвердить, либо опровергнуть существование «нового» Фомальгаута b.

«Помимо подтверждения (или отклонения) связи S7 с Фомальгаутом, программа Цикла 2 может идентифицировать одну или несколько планет, которые, как ожидается, будут существовать на основе сложной структуры диска, обнаруженной в результатах MIRI», — заключают авторы.

Теги