Телескоп «Уэбб» обнаружил дым от разрушенных экзокомет
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые напрямую зафиксировал флуоресценцию монооксида углерода в ультрафиолетовом диапазоне внутри диска обломков вокруг другой звезды. Наблюдение относится к системе HD 131488 и, по мнению авторов, указывает на масштабные столкновения экзокомет — ледяных тел, аналогичных кометам Солнечной системы. Результаты наблюдений размещены на сервере препринтов arXiv.
HD 131488 — молодая звезда возрастом около 15 миллионов лет. Она относится к звездам раннего спектрального класса A, более горячим и массивным, чем Солнце, и находится примерно в 500 световых годах от Земли в созвездии Центавра. Ее диск обломков изучается уже несколько лет, однако именно возможности JWST позволили рассмотреть происходящее вблизи звезды.
Что именно увидел телескоп
Ранее радиоинтерферометр ALMA обнаружил вокруг HD 131488 обширные запасы холодного газа CO и пыли на расстоянии 30–100 астрономических единиц от звезды (примерно, 149 млн. км). Дополнительные инфракрасные и оптические наблюдения лишь косвенно намекали на наличие горячего вещества во внутренней зоне.
JWST восполнил этот пробел. Менее чем за час наблюдений в феврале 2023 года телескоп выявил небольшое количество теплого газа CO на расстоянии от 0,5 до 10 а.е. Его масса оказалась крошечной — около одной стотысячной массы холодного газа во внешнем диске, но физические свойства этого газа оказались необычными.
Анализ показал резкий контраст между вращательной и колебательной температурами молекул CO. Вращательная температура, отражающая общее тепловое движение, составляет примерно 450 К (кельвинов) и падает до 150 К дальше от звезды. Колебательная же температура достигает около 8 800 К и соответствует возбуждению ультрафиолетовым излучением.
В обычных условиях эти температуры совпадают, поскольку столкновения между частицами быстро выравнивают энергию. Здесь этого не происходит. Молекулы ведут себя так, словно они холодны и перегреты одновременно, что объясняет их яркую флуоресценцию. Проще говоря, газ светится не потому, что он горячий, а потому что его постоянно «подсвечивает» звезда.
Доказательства кометного происхождения
Для возникновения наблюдаемого спектра CO необходимы столкновения с другими молекулами, которые отбирают часть энергии. Ученые рассмотрели два варианта — молекулярный водород и водяной пар. Водород оказался маловероятным, тогда как водяной пар, высвобождающийся при разрушении комет, хорошо согласуется с данными.
Дополнительным аргументом стало необычно высокое соотношение углерода-12 к углероду-13. Оно указывает на наличие пыли, экранирующей излучение, и поддерживает сценарий постоянного пополнения газа за счет распада экзокомет.
Что это значит для формирования планет
Результаты исследования поддерживают версию, что богатые CO-диски вокруг звезд, такие как HD 131488, не являются просто остатками первичного материала, оставшегося после рождения звезды. Вместо этого их газовое содержимое постоянно пополняется в результате разрушения комет, которые сталкиваются и распадаются вблизи звезды.
Это открытие имеет важное значение для понимания формирования планет. Внутренняя часть диска содержит большое количество углерода и кислорода, но при этом заметно мало водорода — главного компонента газовых гигантов. Если планета формируется в такой зоне, она будет состоять в основном из «тяжелых» элементов, что делает ее существенно отличной от газовых гигантов типа Юпитера или Сатурна. Такие планеты могли бы иметь твердую или плотную каменистую структуру с высокой долей металлов и других элементов, важных для формирования атмосферы и геохимии.