Астрономам наконец-то удалось разглядеть в мельчайших подробностях пылевой диск вокруг Фомальгаута — одной из самых ярких и любимых для изучения звезд по соседству с нами. Сделали они это с помощью мощнейшего телескопа ALMA, который работает в миллиметровом диапазоне, и получили снимки рекордной четкости. То, что они увидели, перевернуло прежние представления об устройстве этого места.

Представьте себе не просто пояс астероидов, как у нас в Солнечной системе, а нечто гораздо более грандиозное. Диск вокруг Фомальгаута — это гигантское кольцо из пыли, камней и обломков. Но самое интересное, что диск этот не круглый, а вытянутый, словно овал. Ученые знали об этой странной асимметрии почти двадцать лет, но никак не могли понять ее природу. Теперь, благодаря новым данным, загадка начала раскрываться.

Исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и Университета Джонса Хопкинса, проанализировав свежие снимки, сделали поразительное открытие. Оказалось, что вытянутость (или, говоря научным языком, эксцентриситет) этого диска не одинакова по всей его длине. Она меняется. Чем дальше от звезды находится участок диска, тем он становится… круглее. Представьте себе Сатурн, если бы планета находилась не в центре его колец, а была бы заметно смещена. И при этом смещение это не постоянное, а плавно сходит на нет к краям.

Раньше астрономы думали, что форма диска зафиксирована раз и навсегда. Строили модели, где эксцентриситет был везде одинаковым. Но реальность оказалась сложнее.

Наши наблюдения впервые показывают, что форма диска не постоянна, — объясняет Джошуа Беннетт Ловелл, ведущий автор одного из исследований. — Вытянутость плавно уменьшается с расстоянием от звезды. Ничего подобного раньше ни в одном пылевом диске мы не видели.

Ученые применили новый подход. Они создали компьютерную модель, которая умела подстраивать форму кольца под реальные данные, полученные телескопом. Модель могла менять эксцентриситет на разном удалении от звезды. И лучший результат, который совпал с картинкой, показал именно такое резкое падение вытянутости к периферии. Это называется «отрицательный градиент эксцентриситета». И это именно то, что предсказывают теории о том, как невидимые планеты могут лепить форму космической пыли.

Кстати, о планетах. Самое заманчивое в этом открытии — оно указывает на существование мира, который мы пока не видим. Скорее всего, внутри этого пылевого кольца, ближе к звезде, прячется довольно массивная планета. Это она могла еще в юности системы, когда Фомальгаут только сформировался, своим притяжением «вытянуть» внутреннюю часть диска. Прошло больше 400 миллионов лет, а форма так и сохранилась благодаря гравитационным качелям этой планеты.

Во втором исследовании группа ученых под руководством аспиранта Джея Читтиди пошла еще дальше. Они окончательно убедились, что старые модели с постоянной формой диска не работают. Новые данные, особенно сравнение снимков ALMA и космического телескопа Джеймса Уэбба, показали странности в яркости и ширине кольца. Эти странности невозможно было объяснить по-старому.

Мы просто не могли найти модель с фиксированным эксцентриситетом, которая объяснила бы все эти причуды, — говорит Джей. — Сравнив старые и новые расчеты, мы наконец начали понимать историю и сегодняшний день этой удивительной системы.

Ученые уже получили разрешение на новые наблюдения и надеются, что следующий виток исследований принесет еще больше загадок. А главное — поможет наконец-то засечь ту самую планету, которая уже миллионы лет водит астрономов за нос. Свою модель они выложили в открытый доступ, чтобы другие могли искать похожие структуры у далеких звезд.

Для науки эта работа — как недостающий кусочек пазла в картине формирования планет. Мы впервые увидели, как гравитация невидимого объекта может «лепить» вещество на огромных расстояниях на протяжении сотен миллионов лет. Это позволяет проверять теории планетообразования, которые раньше существовали только на бумаге. По сути, мы получили инструмент, чтобы „читать“ историю далеких звездных систем по форме их пылевых колец, словно по годичным кольцам деревьев.

В практическом смысле польза не лежит на поверхности, но она колоссальна. Развитие методов обработки сигналов и сверхчеткого изображения для таких задач неизбежно просачивается в обычную жизнь. Те же алгоритмы, что помогли «разглядеть» структуру диска за 25 световых лет, завтра могут улучшить качето медицинской томографии или систем наблюдения за Землей из космоса. А понимание того, как формируются и мигрируют планеты, приближает нас к ответу на вопрос, насколько уникальна наша собственная Солнечная система.

При всей красоте открытия, его главная интрига — планета-невидимка — остается пока именно интригой. Модель действительно хорошо описывает форму диска с отрицательным градиентом, но она не доказывает существование планеты напрямую. Это косвенное улика. В астрофизике не раз бывало, что эффекты, которые приписывали планетам, позже объяснялись другими процессами, например, взаимодействием с межзвездной средой или особенностями самого пылевого материала. Пока планету не увидят в телескоп или не зафиксируют её гравитационное влияние другими методами, версия о её существовании останется лишь самым вероятным, но не единственным объяснением.

Ранее ученые нашли скрытую планету с помощью гравитационных аномалий.