Фомальгаут — одна из самых ярких звезд на ночном небе. Она расположена примерно в 25 световых годах от Земли, в созвездии Южная Рыба. Это светило почти в два раза массивнее Солнца и намного моложе него: возраст оценивают в 440 миллионов лет.
В 1980-х годах вокруг Фомальгаут астрономы открыли обширные пылевые диски (обнаружены по инфракрасному излучению). Эти структуры считают следами остатков образования планет или обломками от столкновений планетезималей. Открытие явно указывало на то, что там продолжаются процессы формирования планет.
В 2008-м группа астрономов под руководством Пола Каласа (Paul Kalas) из Калифорнийского университета в Беркли (США) увидела на снимках космического телескопа «Хаббл» небольшую светящуюся точку прямо в толще пылевого диска Фомальгаут. Тогда ученые приняли ее за экзопланету Фомальгаут b и объявили, что им впервые в истории удалось запечатлеть такой объект в видимом свете.
Однако с годами загадок вокруг Фомальгаут b только прибавилось. Последующие наблюдения, выполненные с помощью «Хаббла» в 2010-м, 2012-м и 2013 годах, показали, что орбита объекта не выглядит как у типичной планеты, расположенной в той же плоскости, что и пылевой диск, а скорее очень эксцентричная, пересекающая плоскость этого диска. Кроме того, яркость Фомальгаут b часто менялась, а сам объект почти не излучал в инфракрасном диапазоне, как это делают обычные планеты из-за своей температуры.
В 2014 году Фомальгаут b вовсе перестала быть видимой. Мнения научного сообщества разделились. Одни исследователи продолжали настаивать, что это экзопланета, другие предполагали, что Фомальгаут b на самом деле облако пыли. Разрешить спор помогло лишь новое, еще более неожиданное открытие.
Теперь Калас и его коллеги вновь навели «Хаббл» на звезду Фомальгаут, чтобы попытаться снова найти таинственно исчезнувший объект. На свежих снимках той же области пылевого диска ученые не увидели Фомальгаут b, зато на них появилась новая яркая точка, которая получила обозначение Фомальгаут cs2 (circumstellar source 2 — околозвездный источник 2).
Первоначальную «экзопланету» переименовали в Фомальгаут cs1. Для астрономов стало очевидно: cs1 точно не экзопланета. Поскольку один и тот же объект не может одновременно исчезнуть и появиться в другом месте без соответствующей физики движения, а его орбита не согласуется с планетарной природой, исследователи объяснили оба источника cs1 и cs2 как отдельные гигантские светящиеся облака пыли и обломков. По мнению команды Каласа, cs1 и cs2 образовались после столкновений двух массивных тел, так называемых планетезималей — каменистых или ледяных зародышей планет.
Благодаря специальным алгоритмам и моделированию Калас с коллегами оценили размеры столкнувшихся тел: их диаметр составлял от 30 до 60 километров. Для сравнения, астероид, предположительно, вызвавший вымирание динозавров, имел диаметр от 10 до 15 километров. Это означает, что планетезимали были значительно больше, чем большинство обычных астероидов, но все еще намного меньше планет.
Когда планетезимали сталкивались, материал, из которого они состояли, разлетался по космическому пространству и подсвечивался ярким светом Фомальгаут. То есть теперь обломки отражают свет звезды и выглядят как точка на снимках, которую легко можно принять за экзопланету.
Самым интересным в открытии стала не природа событий, а их частота. Теоретические модели предсказывали, что столкновения планетезималей такого размера в подобных системах должны быть крайне редки — одно событие в 100 000 лет. Причина в типичных «старых» остаточных дисках. Согласно расчетам, «космические аварии» не должны происходить там часто.
Но анализ космических снимков показал обратное. За последние 20 лет астрономы наблюдали последствия двух столкновений. Либо специалистам невероятно повезло застать два уникальных события подряд, либо такие катаклизмы в молодых системах, подобных Фомальгауту, происходят гораздо чаще, чем считалось.
По оценкам соавтора исследования Марка Уайетта (Mark C. Wyatt) из Кембриджского университета в Великобритании, в системе Фомальгаут могут существовать почти 300 миллионов объектов, сравнимых по размеру со столкнувшимися, что указывает на очень высокую плотность «населения» в пылевом диске. Именно такое количество тел делает «космические аварии», подобные наблюдаемым, статистически более вероятными. Если «целей» так много, то и столкновения должны происходить гораздо чаще, чем раз в 100 000 лет. Это подтверждение того, что система Фомальгаут, вероятно, переживает чрезвычайно бурную фазу формирования.
Открытие имеет важное практическое значение для будущих астрономических миссий. Новые мощные телескопы, такие как обсерватория Habitable Worlds Observatory, будут искать похожие на Землю планеты у других звезд, напрямую фиксируя их слабый свет.
«Фомальгаут cs2 выглядит в точности как экзопланета, отражающая свет звезды. Это предостерегающий сигнал для будущих миссий. Облака пыли от столкновений могут годами маскироваться под далекие миры, и астрономам теперь придется разрабатывать новые методы, чтобы отличать одни явление от других», — пояснил Калас.
История на этом не заканчивается. Ученые получили разрешение на наблюдение системы Фомальгаут в течение следующих трех лет с помощью новейшего космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam на борту телескопа сможет проанализировать свечение облака cs2 и получить данные, недоступные для «Хаббла». Астрономы надеются определить размер частиц пыли, их химический состав и даже обнаружить возможные следы водяного льда. Это позволит понять, из каких именно материалов формируются планетезимали в этом регионе, а также поможет больше узнать о ранних этапах формирования нашей собственной Солнечной системы.
Выводы исследователей изложены в журнале Science.