Как оценить размер космических пылинок у далёкой звезды?

Пылевой диск звезды HD 142527.
Пылевой диск звезды HD 142527.

Японские и немецкие учёные впервые определили размеры частиц космической пыли с помощью поляриметрии — метода измерения степени и направления поляризации радиоволн. Это открытие стало возможным благодаря высокочувствительному комплексу радиотелескопов под названием ALMA. Результаты работы опубликованы в The Astrophysical Journal.

Астрономы считают, что планеты формируются из газа и пыли, однако детали этого процесса изучены недостаточно хорошо. Пока неизвестно, как маленькие частицы, иногда размером всего в микрометр, могут сформировать скалистую планету диаметром в 10 000 километров. Учёным не удавалось отследить рост космических «крупинок» потому что определить их точный размер было сложно.

Эта проблема заинтересовала группу японских и немецких исследователей, а решить её помогла звезда по имени HD 142527. Ей около 5 миллионов лет, она в два раза больше Солнца и находится на расстоянии 500 световых лет от нас. Звезду окружает небольшой участок туманности, называемый «объектом Хербига — Аро», такие облака есть только у молодых, недавно сформировавшихся светил. Астрономы предположили, что радиоволны вокруг HD 142527, отражаемые частицами космической пыли, должны обладать уникальными поляризационными характеристиками. По их мнению, интенсивность поляризованного излучения позволила бы оценить размер крупинок лучше, чем остальные методы.

Чтобы проверить эту гипотезу, учёные воспользовались ALMA — Atacama Large Millimeter Array (Атакамская большая решётка миллиметрового диапазона). Они обнаружили уникальную картину распределения направления поляризации пылевого диска вокруг звезды: в главном кольце оно было радиальным, а в северо-западном и северо-восточном регионах менялось на перпендикулярное радиальному (то есть, становилось азимутальным). Сравнивая наблюдаемую интенсивность поляризованного излучения с предсказанием теоретической модели, астрономы рассчитали, что размер частиц составляет не более 150 микрометров. Это первый случай, когда учёным удалось «измерить» пыль с помощью поляриметрии.

Картина распределение поляризации пылевого диска вокруг звезды HD 142527. Цветом показана интенсивность поляризованного излучения, белыми штрихами — направление поляризации.
Картина распределение поляризации пылевого диска вокруг звезды HD 142527. Цветом показана интенсивность поляризованного излучения, белыми штрихами — направление поляризации.

Крупинки туманности вокруг HD 142527 оказались в 10 раз меньше, чем считалось ранее. «В ходе предыдущих исследований, астрономы определяли размер (частиц) с помощью радиоизлучения, основываясь на гипотезе о сферических частицах пыли», — объясняет Акимаса Катаока (Akimasa Kataoka). «Такая большая разница в оценках размеров частиц показывает, что предыдущие предположения были неверны», — добавляет он. Учёные предположили, что частицы пыли имеют не круглую, а гораздо более сложную, «рыхлую» форму. Небольшие неровности на поверхности крупинок отражают радиоволны — этим и объясняются уникальные особенности поляризации.

«Степень поляризации радиоволн пылевого диска вокруг HD 142527 составляет всего несколько процентов. Благодаря высокой чувствительности ALMA, мы смогли зарегистрировать этот слабый сигнал и извлечь информацию о размере и форме частиц пыли, — говорит Катаока. — Это самый первый шаг в исследовании эволюции пыли с помощью поляриметрии, и я верю, что в будущем нас ждёт множество захватывающих открытий».