Гигантская планета придала потрясающему кольцу Фомальгаута сплющенную форму

Фото из открытых источников

У расположенной поблизости (в галактических масштабах) звезды Фомальгаут есть гигантское кольцо, которое озадачивает астрономов с момента его открытия в 2005 году. Теперь появились данные, свидетельствующие о том, что кольцо еще больше не соответствует ожиданиям, и, вероятно, в нем играет роль гигантская планета. Исследование опубликовано в двух статьях в журналах Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters.

Фомальгаут — название, которое нелегко произнести. Большинство удивится, узнав, что он ярче гораздо более известных звёзд, таких как Кастор и Регул. Странно звучащее название и южное расположение не способствуют славе. Однако среди астрономов его статус гораздо выше благодаря гигантскому кольцу из обломков причудливой формы, которое и дало ему прозвище «Великий глаз Саурона». 

Очень молодые звезды обычно окружены протопланетными дисками, и иногда некоторые их части очищаются, так что то, что остается, становится больше похоже на кольцо, но у Фомальгаута есть некоторые необычные особенности. 

Вокруг Фомальгаута расположено несколько дисков. Два внутренних, оба ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, обладают некоторыми непонятными нам особенностями, но самая странная часть системы называется «Главным поясом» и находится на расстоянии 133–158 а.е. от звезды. Если бы на таком же расстоянии от Солнца существовал диск из обломков, «Вояджер-2» всё ещё проходил бы сквозь него, а «Вояджер-1» покинул бы его совсем недавно. 

Возможно, самая странная особенность этого внешнего диска/кольца — его эксцентриситет. Кольца вокруг Сатурна, служащие своего рода моделью для таких дисков, имеют красивую круглую форму, но внешний диск Фомальгаута вытянут в одном направлении, поэтому звезда не находится в центре. Из законов Кеплера мы знаем, что именно так движутся планеты, но, насколько нам известно, диски из обломков обычно имеют гораздо более округлую форму.

Используя Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую антенную решетку (ALMA), астрономы наблюдали диски с беспрецедентной точностью. Они обнаружили, что эксцентриситет внешнего диска меняется с расстоянием. Чем дальше от Фомальгаута, внутри диска, тем более округлыми становятся орбиты, что технически известно как «отрицательный градиент эксцентриситета».

«Эксцентриситет постепенно уменьшается с расстоянием, и это открытие никогда ранее не было убедительно продемонстрировано ни в одном космическом диске», — сказал Джошуа Беннет Ловелл из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. 

Модели дисковых структур дают такой результат только в том случае, если внутри внутреннего края кольца находится планета с несколько эксцентричной орбитой, движущейся подобно овчарке. Такая планета должна быть большой, чтобы обладать достаточной гравитацией для такого влияния, и, вероятно, вращаться на расстоянии от Солнца, в 3-4 раза превышающем расстояние Нептуна. Её масса будет где-то в диапазоне масс Сатурна, а эксцентриситет будет больше, чем у Плутона, не говоря уже о любой из реальных планет Солнечной системы.

Находясь всего в 25 световых годах от нас, составляя лишь малую долю от большинства звёзд с интересным окружением, Фомальгаут предоставляет исключительную возможность для изучения поведения диска. Однако сам факт наличия у него остаточных дисков несколько удивляет. Диски характерны для молодых звёзд, но часто недолговечны. Предполагаемый возраст планет позволяет предположить, что солнечный диск практически исчез в течение десятков миллионов лет после своего формирования.

Считалось, что возраст Фомальгаута составляет 100–300 миллионов лет, но более позднее исследование увеличило этот возраст до 440 миллионов лет, что ставит вопрос о том, почему диски сохранились, даже если самый внешний из них теперь представляет собой скорее кольцо. Влияние планеты-пастуха может не только объяснить, как внешний диск превратился в устойчивое кольцо, но и пролить свет на эволюцию других звёздных систем и почему некоторые диски сохраняются миллиарды лет. 

Присутствие гигантской планеты на таком огромном расстоянии от звезды, вдвое превосходящей по массе Солнце, также дает надежду поклонникам Планеты X.

Фомальгаут является частью тройной звёздной системы. Однако другие члены этой системы, Фомальгаут B и C, находятся на столь огромных расстояниях от главной звезды (удивительные 2,5 световых года для Фомальгаута C), что их гравитация не могла существенно влиять на форму кольца.