Возле молодой звезды в южном созвездии Живописца (β Pictoris) обнаружили по меньшей мере тридцать экзокомет. Анализ данных 156 дней наблюдений космического телескопа TESS за этой звездой показал, что ядра её комет имеют размеры от 3 до 14 километров, а их распределение по размерам похоже на распределение малых тел в Солнечной системе.
Звезда в созвездии Живописца (β Pictoris) привлекает внимание астрономов уже тридцать лет, поскольку она позволяет наблюдать ранние стадии формирования планетной системы. Она видна в южном небе и находится на расстоянии 65 световых лет, а её возраст — от 10 до 40 миллионов лет. Это очень мало по сравнению со «зрелыми» звёздами; например, возраст Солнечной системы — около 4 миллиардов лет. Звёздная система β Pic содержит как минимум две молодых планеты — газовые гиганты массой 9 и 10 масс Юпитера, их существование удалось также подтвердить методом прямого наблюдения. Кроме планет в системе сохранился протопланетный диск. Но система интересна ещё и тем, что в ней обнаружили кометы. По аналогии с экзопланетами и экзолунами их называют экзокометами. Объекты такого типа возле этой звезды обнаружены ещё в 1987 году, и они стали первыми открытыми экзокометами в другой звёздной системе.
Увидеть комету возле другой звезды, как и большинство экзопланет, пока нельзя. Их открывают, анализируя световые кривые звезды при прохождении планеты или кометы перед ней. Космическое тело на время перекрывает часть света от звезды, и такие изменения можно зафиксировать. Этот метод транзита давно является одним из основных способов охоты за экзопланетами. Недавно начавший работу космический телескоп TESS, как следует в том чсиле из его названия (Transiting Exoplanet Survey Satellite), как раз специализируется на таком подходе к поиску экзопланет, сканируя почти всю небесную сферу посегментно (подробнее о работе обсерватории TESS мы писали ранее). Таким же методом в последние годы начали открывать спутники экзопланет, или экзолуны. Их пока обнаружено немного, но есть в активе астрономов уже и такие открытие (подробнее про исследование экзоспутников можно почитать в статье по ссылке).
Комета, с точки зрения наблюдателя из другой звёздной системы, отличается от планеты прежде всего тем, что обладает длинным газопылевым хвостом. После транзита ядра кометы на фоне звезды появляется кометный хвост, который тоже некоторое время экранирует её излучение. Поэтому общее время транзита кометы больше, чем у планеты на сопоставимой орбите, а яркость фоновой звезды восстанавливается постепенно, по мере того, как хвост рассасывается. Кроме того, в спектре излучения звезды появляются линии поглощения, специфические для материала кометных хвостов, как мы их знаем по Солнечной системе. То есть «отпечаток» экзокометы на световой кривой должен иметь характерные особенности, позволяющие идентифицировать именно комету. Важно и то, что транзит планеты происходит периодически — так можно узнать период обращения планеты (а значит, её расстояние до звезды), а также улучшить статистику, суммируя сигнал от транзита на разных витках. Прохождение кометы вблизи звезды, к сожалению, — почти всегда событие одноразовое. Например, даже короткопериодические кометы возвращаются к Солнцу раз в десятки лет; астрономы пока не располагают таким суммарным временем инструментальных наблюдений за конкретной звездой и не могут позволить себе подождать следующего витка её кометы. Пока что экзокометы нашли — или они предполагаются — всего у 27 звёзд.
Работа международного исследовательского коллектива на базе Парижского института астрофизики при французском Центре научных исследований (CNRS) и Сорбонне опирается на анализ данных по наблюдениям системы β Живописца в течение 156 дней на космическом телескопе TESS. Статья о распределении экзокомет в этой звёздной системе по размерам вышла в конце апреля 2022 года в Scientific Reports.
Анализируя архивные данные телескопа TESS, удалось обнаружить в системе 30 экзокомет, то есть характерных событий транзита разной глубины, и даже исследовать их распределение по размерам ядер (отношение количества маленьких комет к большим). Ядра комет имеют разброс радиуса от 3 до 14 километров, а их количество в зависимости от размера подчиняется простой степенной закономерности. Такую статистику по кометам в системе другой звезды удалось получить впервые, и она похожа на распределение по размерам комет и астероидов на кометных орбитах в Солнечной системе. Понятно, что сам космический объект размером 10 километров возле другой звезды увидеть и измерить нельзя. О размере ядра кометы можно судить по размерам и интенсивности её пылевого хвоста: чем больше ядро, тем больше пыли и газа в единицу времени она выделяет. А параметры хвоста, в свою очередь, напрямую связаны с падением освещения от звезды во время транзита, когда хвост перекрывает световой поток.
Можно поэтому утверждать, что кометы у звезды β Pictoris сформировались по механизмам, схожим с теми, что протекали и в Солнечной системе: статистика их размеров определяется многочисленными случайными событиями соударений и распадов космических тел. Именно такие стохастические события приводят к характерным степенным законам распределения по размерам.
Поскольку как минимум часть запасов воды на Земле была, как предполагают, принесена кометами, изучение эволюции комет в планетарных системах даёт ключ и к пониманию эволюции планет, включая Землю. Будущие наблюдения и ретроспективный анализ потока данных телескопов, вероятно, помогут обнаружить ещё больше экзокомет. Они будут опираться как на архивные данные «Хаббла», так и на наблюдения «космического телескопа нового поколения» James Webb, который на днях начнёт работу на солнечной орбите.
