Ледяные пояса возле звёзд: где рождаются экзокометы

Возле звёзд могут существовать области ледяных тел, аналогичные поясу Койпера в Солнечной системе. Массив радиотелескопов ALMA использовали для исследования таких ледяных поясов в 74 ближайших звёздных системах.

Облака ледяных тел существуют возле многих звёзд. Они подобны области Солнечной системы, называемой поясом Койпера. Пояс представляет собой «облако», заполненное ледяными объектами. По форме эту область скорее можно назвать тором — транснептуновые объекты лежат в целом близко к плоскости, в которой вращаются планеты (плоскости эклиптики). Объекты пояса сами по себе достаточно тёмные, но если они сбиваются с пути и летят во внутренние области Солнечной системы, мы их видим как кометы.

Пока что ни одной кометы на стадии «с хвостом» за пределами Солнечной системы зафиксировать не удаётся. Но сами диски — аналоги пояса Койпера увидеть можно. Они состоят из ледяных и каменных тел — по сути, вмороженных в лёд камней. Такие тела хорошо рассеивают излучение от звезды, в том числе за пределами видимого спектра. Именно благодаря рассеянию света астрономы знают, что такие образования существуют и в других звёздных системах в областях с температурами от -150°С до -250°С.

Но поштучно рассматривать бесчисленное множеств звёзд и выбирать из них те, где можно разглядеть кометные пояса — задача так себе. Для автоматизации такой работы нужен мощный радиотелескоп — как раз такой, как массив ALMA в чилийской пустыне Атакама. Он состоит из 66 радиоантенн («тарелок» размером десяток метров), которые работают синхронно. Субмиллиметровый массив SMA — похожая батарея из восьми телескопов на Гавайях. Оба массива телескопов ловят радиоволны в определённых диапазонах. Из-за размеров частиц пыли в кометных поясах именно такие диапазоны пригодны для наблюдения «внеземных поясов Койпера».

В рамках обзора REASONS (REsolved ALMA and SMA Observations of Nearby Stars) астрономы обнаружили кометные пояса у 20% исследованных звёзд. В некоторых системах есть несколько кометных дисков. Это значит, что в промежутках между дисками могут находиться планеты, которые пока мы обнаружить не можем. Как известно из небесной механики и наблюдений за Солнечной системой, планета «расчищает» свою орбиту, или перетягивая на себя, или выбрасывая за её пределы множество более мелких космических тел, поэтому такие кометные пояса с промежутками и могут указывать на невидимые планеты. Также галерея из 74 кометных поясов позволяет полюбоваться их разнообразием — некоторые из этих структур напоминают тонкие кольца, тогда как многие больше можно назвать сильно растянутыми дисками или поясами (с ощутимой толщиной). Также обращает на себя внимание, что часть кометных поясов не радиально-симметричны, а вытянуты по эллипсу. Это также мовет указывать на планету на соответствующей вытянутой орбите где-то рядом. Подтвердилось предположение, что чем старше звёздная система, тем меньше объектов остаётся в её ледяных поясах. Часть таких тел превращается в кометы и постепенно испаряется, проходя близко к звезде. В то же время в кометных поясах миллиарды лет могут сохраняться массивные объекты. Их величина может составлять от 140 км до размера Луны.