Астрономи представили галерею пилових дисків навколо молодих зірок завдяки інструменту SPHERE на VLT

Астрономи оприлюднили нову колекцію зображень, які вражаюче демонструють кільця пилу, що оточують молоді зорі. Ці знімки надають надзвичайно детальний погляд на ранню архітектуру планетних систем. Отримані результати стали можливими завдяки спостереженням, проведеним за допомогою приладу SPHERE, встановленого на гігантському телескопі VLT (Дуже Великий Телескоп) Європейської Південної Обсерваторії (ESO).

Масштабне дослідження охопило 161 молоду зорю, розташовану поблизу нашої Сонячної системи. У результаті було задокументовано 51 потенційну систему, яка має всі передумови для формування планет. Ці системи вирізняються наявністю так званих дисків уламків. Вони формуються внаслідок частих зіткнень астероїдів або комет, що є аналогічним до Поясу астероїдів та Поясу Койпера, які існують у нашій власній Сонячній системі. Гаель Шовен, науковий співробітник проєкту SPHERE з Інституту астрономії Макса Планка, назвав цей масив даних справжнім «астрономічним скарбом». Він наголосив, що ці дані дають унікальну можливість вивчити характеристики дисків уламків та зробити обґрунтовані висновки про існування менших, невидимих об'єктів. Особливо важливими є дані про диски уламків у системах віком до 50 мільйонів років, адже саме в цей період зіткнення відбуваються достатньо часто, щоб генерувати виявлений пил.

Вперше безпрецедентний рівень деталізації було досягнуто для чотирьох конкретних систем. HD 197481 та HD 39060 продемонстрували чіткі потоки матеріалу, що спостерігалися практично «з ребра». Натомість HD 109573 та HD 181327 постали перед дослідниками як майже ідеально круглі пилові кільця, коли спостереження велося «з площини диска». На противагу цьому, такі системи, як HD 145560 та HD 156623, виявили значно більш хаотичний розподіл пилу. Це може свідчити про те, що ці системи перебувають на більш ранніх етапах своєї еволюції. Дослідники, серед яких Наталія Енглер з ETH Zurich, ретельно опрацювали дані, отримані від 161 зорі, чиє інфрачервоне випромінювання підтвердило наявність цих дисків уламків.

Науковці дійшли висновку, що чітко окреслені кільцеві структури, які вдалося спостерігати, тісно пов'язані з наявністю невидимих планет-гігантів. Ці планети гравітаційно «розчищають» прилеглі області від дрібних тіл, подібно до того, як Нептун контролює формування Поясу Койпера нашої системи. Технічно, прилад SPHERE використовує коронограф, щоб ефективно заблокувати сліпуче світло центральної зорі. Крім того, він застосовує адаптивну оптику для корекції атмосферних спотворень у режимі реального часу. Це дозволяє реєструвати надзвичайно слабке розсіяне світло пилу. Ці результати стануть критично важливим фундаментом для майбутніх досліджень, зокрема тих, що будуть проводитися за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) та майбутнього Надвеликого Телескопа (ELT) від ESO.

Варто відзначити, що у системі HD 181327, вік якої оцінюється приблизно у 23 мільйони років, телескоп JWST у травні 2025 року вже виявив кристалічний водяний пил. Це слугує прямим підтвердженням присутності летких речовин на ранніх стадіях планетогенезу. Виявлення водяного льоду, який становить понад 20% матеріалу у найхолодніших зовнішніх частинах диска HD 181327, ідеально узгоджується з моделями, які передбачають доставку льоду на новостворені планети. Таким чином, спостереження SPHERE щодо структури дисків та дані JWST про склад льоду в системі HD 181327 чудово доповнюють одне одного, формуючи цілісну картину ранньої планетній архітектури.

Зібрана галерея, що містить 51 детально розділену систему з 161 дослідженої цілі, переконливо доводить: значна частина молодих пилових систем може бути візуалізована у розсіяному світлі за допомогою сучасних методів висококонтрастної візуалізації. Порівняння різноманітних систем у єдиному наборі даних дозволило виявити загальні закономірності. Виявилося, що молоді зорі з більшою масою, як правило, мають і більш масивні диски уламків. Це відповідає теоретичним моделям, які прогнозують більші резервуари планетезималей, що залишаються після колапсу більш масивних протопланетних дисків. Ця робота дає нам змогу зазирнути у те, як могла виглядати наша власна Сонячна система на ранніх етапах свого формування, що відбулося понад чотири мільярди років тому.