«Хаббл» увидел второе пылевое облако от столкновения планетезималей в системе Фомальгаута

Астрономы обнаружили в обломочном диске вокруг звезды Фомальгаут А второе пылевое облако, возникшее при столкновении крупных планетезималей. Это говорит о том, что подобные события могут происходить чаще, чем считалось ранее. Статья опубликована в журнале Science.

Фомальгаут А (или HD 216956) находится на расстоянии 25 световых лет от Солнца и входит в широкую тройную звездную систему. Интересна эта яркая и юная (около 440 миллионов лет) звезда тем, что обладает обломочным диском, содержащим несколько пылевых поясов и представляющим собой позднюю стадию эволюции протопланетного диска. Ранее считалось, что в диске есть экзопланета, которая могла породить резкую границу внутреннего края диска, однако найденный кандидат в планету в итоге оказался облаком пыли от столкновения планетезималей.

Группа астрономов во главе с Полом Каласом (Paul Kalas) из Калифорнийского университета в Беркли сообщила, что обнаружила в диске вокруг Фомальгаута А еще одно пылевое облако. Открытие сделано в ходе сравнения оптических изображений обломочного диска, полученных телескопом «Хаббл» в режиме коронографа в 2011–2014 и 2023 годах.

Обнаруженный кандидат в новое пылевое облако, получивший обозначение cs2, мог возникнуть в любой момент, начиная с сентября 2014 года и до сентября 2023 года. Он не является фоновым источником излучения или ранее существовавшим объектом, расположенным внутри одного из пылевых поясов в диске. Если cs2, ранее обнаруженное облако cs1 и внешний пылевой пояс находятся в одной плоскости, то дистанция между облаками составляет 23,4 астрономической единицы, а cs2 располагается на удалении 135,3 астрономической единицы от звезды.

Обнаружение нового пылевого облака, а также падение яркости первого пылевого облака ниже предела чувствительности телескопа к 2024 году, говорят в пользу идеи о том, что они — результат столкновения крупных планетезималей (более десяти, но менее ста километров), изначально возникших в протопланетном диске. Согласно расчетам, если подобные тела обладают радиусами около 30 километров, а их суммарная масса в пылевом поясе составляет 18 масс Земли, то при частоте столкновений раз в 20 лет и выбросу пылевых частиц размерами менее трех микрометров (с массой выброса на уровне четырех процентов от массы сталкивающихся планетезималей) это даст возможность возникать оптически плотным облакам, подобным cs1. Они будут постепенно расширяться, пока не возникнут благоприятные условия для дополнительного рассеивания пыли давлением излучения звезды. 

Исследователи предполагают, что близость двух найденных в диске пылевых облаков — как по времени возникновения, так и по расстоянию — указывает на пространственную неслучайность столкновения планетезималей, однако однозначного объяснения этому пока нет. Как следует из расчетов, подобные события могут быть очень частыми — до нескольких тысяч штук за пару десятков лет. А перед тем, как полностью разрушиться, крупная планетезималь может пережить до 900 столкновений с планетезималями разных размеров.

Это не первый случай обнаружения свидетельств столкновения планетезималей в протопланетных дисках — ученые даже наблюдали столкновение двух протопланет вживую.