На расстоянии около 70 световых лет от Земли находится звезда Каппа Тукана А, давно озадачивающая астрономов. Её окружает пыль, нагретая до более чем 500 градусов Цельсия, которая интенсивно светится, вращаясь на чрезвычайно близком расстоянии от звезды. В таких условиях эта пыль не должна существовать – она должна испариться или быть отброшенной звездным излучением за короткое время.
Теперь исследователи из Аризонского университета полагают, что они обнаружили важнейший недостающий элемент головоломки. Им удалось идентифицировать звезду-компаньона, которая многократно проходит через ту самую область, где находится эта необычайно горячая пыль.
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале The Astronomical Journal под руководством Томаса Штубера, постдокторанта Обсерватории Стюарда при Аризонском университете. Используя прибор MATISSE Европейской южной обсерватории, команда добилась самой высококонтрастной регистрации звездного компаньона, когда-либо зафиксированной с помощью этой технологии. Это открытие предоставляет ученым редкую естественную «лабораторию» для изучения горячей экзозодиакальной пыли, которая стала серьезным препятствием в поиске землеподобных планет вокруг других звезд.
Горячая экзозодиакальная пыль бросает вызов основным представлениям о поведении планетных систем. Эти частицы невероятно малы, их можно сравнить с дымом от костра, и они обращаются очень близко к своим звездам. Интенсивное тепло и излучение в этих областях должны уничтожать пыль почти мгновенно. «Если мы видим пыль в таких больших количествах, она должна быстро восполняться, или должен существовать некий механизм, который продлевает жизнь пыли», – поясняет Штубер.
Загадка становится еще более значимой, поскольку горячая пыль часто встречается вокруг звезд, которые, как надеются ученые, могут иметь землеподобные планеты. Планируемая обсерватория Habitable Worlds Observatory (HWO) NASA, запуск которой ожидается в 2040-х годах, спроектирована для блокирования света звезды с помощью передовых коронографов, чтобы можно было увидеть тусклые планеты. Горячая пыль мешает этому процессу, создавая то, что исследователи называют «коронаграфической утечкой» – рассеянный свет, который может скрывать сигналы потенциально обитаемых миров. Понимание того, откуда берется эта пыль и как она себя ведет, будет иметь решающее значение для будущих миссий по поиску планет.
Чтобы более детально изучить систему, команда Штубера применила интерферометрию – метод, который объединяет свет от нескольких телескопов для имитации гораздо большего прибора. Исследователи неоднократно наблюдали за Каппой Тукана А в период с 2022 по 2024 год.
Международная команда изначально планировала отслеживать изменения в пыли с течением времени. Вместо этого они обнаружили нечто неожиданное: звезду-компаньона, движущуюся по сильно вытянутой орбите. В своем ближайшем сближении она подходит к главной звезде на расстояние всего 0,3 астрономической единицы – это ближе, чем любая планета нашей Солнечной системы приближается к Солнцу.
По словам Штубера, это открытие меняет взгляд ученых на всю систему. Вместо простой загадки Каппа Тукана А теперь служит сложной средой для изучения экстремальных звездных взаимодействий. Звезда-компаньон удаляется далеко от системы, прежде чем снова нырнуть в заполненную пылью внутреннюю область. «Практически нет никаких сомнений в том, что этот спутник так или иначе связан с производством пыли», – говорит Стив Эртель, ассоциированный астроном Обсерватории Стюарда и соавтор исследования. «Он должен динамически взаимодействовать с пылью».
Это достижение отражает многолетнее лидерство Обсерватории Стюарда в области интерферометрии. Её Большой бинокулярный телескоп-интерферометр (LBTI), финансируемый NASA и расположенный на горе Грэм, преобразил изучение теплой экзозодиакальной пыли, которая менее экстремальна, чем горячая пыль, наблюдаемая вокруг Каппы Тукана А.
Стабильность и чувствительность прибора помогли Обсерватории Стюарда стать мировым центром исследований экзозодиакальной пыли. Этот успех привлек значительную поддержку от NASA, Национального научного фонда и частных доноров, поставив обсерваторию в авангард науки об экзопланетах.
Этот опыт теперь формирует будущие технологии. Исследователи Стюарда вносят свой вклад в создание нового европейского нулевого интерферометра, который будет в 50 раз чувствительнее ранних приборов. Связь здесь не только техническая, но и личная: Дени Дефрер, возглавляющий разработку европейского прибора, ранее проходил обучение в Обсерватории Стюарда в качестве постдокторанта и помогал строить LBTI. «Обсерватория Стюарда зарекомендовала себя как мировой лидер в этом виде исследований, что действительно критически важно для получения изображений экзо-Земель», – отмечает Эртель, получивший грант NASA на изучение экзозодиакальной пыли с помощью нового прибора.
Система Каппа Тукана А открывает множество новых исследовательских возможностей. Изучая, как звезда-компаньон взаимодействует с пылью, ученые надеются узнать больше о том, откуда берется горячая пыль, из чего она состоит, каковы размеры ее частиц и как они распределены.
Эта работа может прояснить, захватывают ли магнитные поля заряженные частицы пыли, как предполагают исследователи Стюарда Джордж Рике и Андраш Гашпар. Она также может проверить, пополняется ли пыль частой кометной активностью – процесс, изучаемый исследователем Стюарда Виржини Фарамаз-Горка, которая также является соавтором статьи. Вполне возможно, что действуют и другие, совершенно иные физические процессы.
Результаты исследования показывают, что другие звезды с горячей пылью также могут скрывать компаньонов. Исследователи Обсерватории Стюарда теперь планируют повторно изучить системы, наблюдавшиеся в прошлом, ища звезды, которые, возможно, были упущены из виду. По мере приближения запуска обсерватории Habitable Worlds Observatory NASA, подобные открытия предоставляют важнейшие данные о средах, с которыми столкнутся астрономы. «Учитывая, что система Каппа Тукана А наблюдалась много раз прежде, мы даже не ожидали найти эту звезду-компаньон», – говорит Штубер. «Это делает еще более увлекательным наличие этой уникальной системы, которая открывает новые пути для исследования загадочной горячей экзозодиакальной пыли».
