Космическое ДТП: Как столкновения астероидов маскируются под экзопланеты

Астрономы, надеявшиеся наблюдать планету у ближайшей звезды, стали свидетелями гораздо более редкого «беспрецедентного космического события», заявила команда учёных: катастрофических последствий не одного, а сразу двух столкновений между каменными строительными блоками планет.

За последние два десятилетия астрономы зафиксировали два отдельных катастрофических столкновения в системе звезды Фомальгаут, расположенной всего в 25 световых годах от нас в созвездии Южной Рыбы. Обнаружение стало возможным после того, как планетезимали (каменные фрагменты формирующихся планет) размером намного больше астероида, погубившего динозавров, врезались друг в друга, породив гигантские облака сверкающих обломков.

Система Фомальгаута не новичок в таких катастрофах. Она печально известна как «Око Саурона» из-за сходства с огненным всевидящим оком из саги Дж. Р. Р. Толкина «Властелин колец». Сходство придаёт ей эффектный пояс пыли, окружающий Фомальгаут на расстоянии 133 астрономических единиц (а.е.), где одна а.е. равна расстоянию от Солнца до Земли (около 150 млн км).

Сформированный бесчисленными каменными и ледяными столкновениями, этот пояс пыли и обломков представляет собой более запылённый аналог нашей ранней Солнечной системы возрастом более 4 миллиардов лет, утверждает команда учёных. Он даёт нам glimpse (возможность заглянуть) в хаотическое младенчество нашего звёздного соседства, когда планеты создавались, разрушались и собирались заново.

Синдром ложной планеты
Новое исследование, проведенное международной группой ученых под руководством астронома Калифорнийского университета в Беркли Пола Каласа, детально описывает эти два события столкновения, чтобы помочь решить одну планетарную загадку.

В начале 2000-х годов астрономы, наблюдавшие за системой Фомальгаут, обнаружили большой светящийся объект, который многие приняли за покрытую пылью экзопланету, отражающую свет. Этому кандидату в экзопланеты присвоили название Фомальгаут b.

Однако когда эта предполагаемая планета буквально «мигнула» и исчезла, а рядом появилась ещё одна яркая точка света — и всё это в промежутке примерно 20 лет — исследователи осознали, что наблюдали не планеты, а сияющие облака обломков, образовавшиеся в результате того, что они называют «космическим ДТП».

Космическая криминалистика: история катастрофических аварий
Два события столкновения, теперь известные как Фомальгаут cs1 и Фомальгаут cs2, кажутся невероятно удачными с точки зрения наблюдения. Теория предполагает, что столкновения такого масштаба должны происходить лишь раз в 100 000 лет или около того, но система Фомальгаут удивила учёных двумя такими катастрофами всего за 20 лет.

Основываясь на этой временной шкале, исследование предполагает, что за относительно молодую, 440-миллионнолетнюю жизнь системы Фомальгаут подобных событий могло произойти около 22 миллионов. Даже если бы можно было перемотать только последние 3000 лет, «планетная система Фомальгаута сверкала бы от этих столкновений», — пояснил Калас.

Реконструкция столкновений на основе таких факторов, как масса облаков обломков и размер пылевых зёрен, позволяет предположить, что Фомальгаут cs1 и cs2 стали результатом столкновения планетезималей диаметром около 60 км, то есть примерно в 4-6 раз больше астероида, погубившего динозавров 66 миллионов лет назад.

Это событие в иной звездной системе имеет знакомый оттенок: «Эти крупные тела похожи на те, что составляют наш собственный пояс астероидов и пояс Койпера», — сообщил соавтор исследования, астроном Северо-Западного университета Джейсон Ван.

И таких тел там много. На основе реконструкции событий исследователи предполагают, что в системе Фомальгаут может находиться планетезималей общей массой в 1,8 массы Земли. Согласно отдельному заявлению, это может означать около 300 миллионов таких тел.

Кроме того, в системе находится ещё 1,8 массы Земли в виде более мелких объектов размером менее 300 метров в поперечнике. Эти «мелкие родственники» постоянно пополняют запасы крошечных пылевых зёрен, многие из которых размером в несколько десятитысячных долей дюйма, которые вращаются и мерцают в пылевом поясе Фомальгаута. Без этого каменного резервуара пылевой пояс исчез бы, поскольку его зёрна были бы выдуты из системы звёздным ветром или поглощены звездой.

Планета, которой не было, но которая может быть
Хотя Фомальгаут b больше не существует — по крайней мере, как планета — эта «планета, которой никогда не было» на самом деле всё ещё может скрываться в системе.

Исследователи подсчитали, что, учитывая специфические условия, существует примерно 10%-ная вероятность того, что Фомальгаут cs1 и cs2 — не случайные столкновения. Их близкое совпадение во времени и пространстве может указывать на скрытое влияние, такое как призрачное гравитационное воздействие невидимой экзопланеты.

«Например, что-то — например, планеты — должно быть ответственно за формирование пылевого пояса из планетезималей, который мы видим, — сказал Ван. — Кроме того, мы предполагаем, что близость мест столкновений cs1 и cs2 может быть обусловлена планетой, которая предпочтительно заставляет планетезимали сталкиваться именно там».

Игра в космические прятки
Эта путаница с экзопланетой подчеркивает важный момент для охотников за планетами и для телескопов нового поколения, таких как обсерватория NASA «Habitable Worlds Observatory», предназначенная для прямого изображения экзопланет в зонах обитаемости в ближайшей Вселенной: «Фомальгаут cs2 выглядит в точности как экзопланета, отражающая звёздный свет», — пояснил Калас.

Таким образом, это уникальное исследование не только расширяет наши представления о формировании планет, таких как частота столкновений и механика debris belts (пылевых поясов), но также может помочь астрономам более точно идентифицировать планетарные тела среди всех других сияющих небесных объектов, которыми Вселенная постоянно нас ослепляет.

Эти открытия превращают Фомальгаут в уникальную природную лабораторию, где процессы, давно завершившиеся в нашей Солнечной системе, всё ещё идут полным ходом. Каждое новое столкновение — это прямой сигнал из эпохи формирования планет, позволяющий проверить теории о том, как из хаоса рождаются миры. Будущие наблюдения с помощью таких инструментов, как космический телескоп Джеймса Уэбба, смогут проанализировать состав этих пылевых облаков, раскрыв химический рецепт, из которого создаются планетезимали.

Возможно, именно в этом непрекращающемся каскаде разрушений и таится ключ к разгадке того, как среди обломков прошлого в конечном итоге собираются стабильные, пригодные для жизни миры. История Фомальгаута b — это напоминание о том, что путь от облака пыли к полноценной планете полон неожиданных поворотов и катастрофических событий, каждое из которых оставляет свой уникальный след в архивах космоса.