Zdjęcie z pierścienia wokół Fomalhaut. Źródło zdjęcia: Hubble. Kliknij, aby powiększyć.
Najdokładniejszy obraz NASA Teleskopu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, zrobiony w wąskim, zakurzonym pierścieniu wokół pobliskiej gwiazdy Fomalhaut (HD 216956), oferuje najsilniejszy jak dotąd dowód, że niesforna i niewidzialna planeta może grawitacyjnie szarpać pierścień.
Hubble jednoznacznie pokazuje, że środek pierścienia znajduje się w odległości 1,4 miliarda mil (15 jednostek astronomicznych) od gwiazdy. Jest to odległość prawie równa połowie naszego układu słonecznego. Najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie, jak twierdzą astronomowie, jest takie, że niewidzialna planeta poruszająca się po orbicie eliptycznej zmienia kształt pierścienia za pomocą siły grawitacji. Geometrycznie uderzający pierścień, pochylony ukośnie w kierunku Ziemi, nie miałby tak wielkiego przesunięcia, gdyby po prostu działał na niego jedynie grawitacja Fomalhauta.
Odsunięcie środka pierścienia od gwiazdy zostało ustalone na podstawie wcześniejszych i dłuższych obserwacji fal przy użyciu submilimetrowych teleskopów na Mauna Kea na Hawajach, Spitzer Space Telescope, Obserwatorium Submilimetrowego Caltecha oraz przy zastosowaniu modelowania teoretycznego i założeń fizycznych. Teraz ostre obrazy Hubble'a bezpośrednio pokazują odsunięcie pierścienia od Fomalhaut.
Te nowe obserwacje dostarczają mocnych dowodów na to, że co najmniej jeden niewidzialny obiekt masy planetarnej okrąża gwiazdę. Hubble wykryłby obiekt większy niż planeta, taki jak brązowy karzeł. „Nasze nowe zdjęcia Hubble'a potwierdzają wcześniejsze hipotezy, które sugerowały, że planeta zaburza pierścień” - powiedział Paul Kalas z University of California w Berkeley. Pierścień jest podobny do pasa Kuipera naszego Układu Słonecznego, ogromnego zbiornika lodowego materiału pozostałego po formowaniu się planet naszego Układu Słonecznego.
Obserwacje oferują wgląd w lata formacyjne naszego Układu Słonecznego, kiedy planety grały w derby rozbiórkowe z resztkami powstałymi z formowania się naszych planet, rozpraszając grawitacyjnie wiele obiektów w przestrzeni. Niektóre oblodzone materiały mogły zderzyć się z planetami wewnętrznego układu słonecznego, nawadniając je wodą utworzoną w zimniejszym zewnętrznym układzie słonecznym. Inne szczątki mogły podróżować na zewnątrz, tworząc Pas Kuipera i Obłok Oorta, kulistą chmurę materiału otaczającą Układ Słoneczny.
Tylko Hubble ma znakomitą rozdzielczość optyczną, aby stwierdzić, że wewnętrzna krawędź pierścienia jest ostrzejsza niż jej zewnętrzna krawędź, co jest znamiennym znakiem, że obiekt zamiata grawitacyjnie materiał jak pług odśnieżający. Inną klasyczną sygnaturą wpływu planety jest stosunkowo wąska szerokość pierścienia, około 2,3 miliarda mil (25 jednostek astronomicznych). Astronomowie stwierdzili, że bez przedmiotu do grawitacyjnego utrzymywania nienaruszonego materiału pierścienia cząsteczki rozprzestrzeniłyby się znacznie szerzej.
„To, co widzimy w tym pierścieniu, jest podobne do tego, co widać na zdjęciach wąskich pierścieni Saturna z statków kosmicznych Cassini. Na tych obrazach księżyce Saturna „pastują” materiał pierścienia i uniemożliwiają jego rozprzestrzenienie się ”- powiedział Kalas.
Podejrzana planeta może krążyć daleko od Fomalhaut, wewnątrz wewnętrznej krawędzi pierścienia pyłu, między 4,7 a 6,5 miliarda mil (50 do 70 jednostek astronomicznych) od gwiazdy. Pierścień znajduje się 12 miliardów mil (133 jednostek astronomicznych) od Fomalhaut, który jest znacznie dalej niż nasza najbardziej oddalona planeta Pluton od Słońca. Te obserwacje Hubble'a nie wykrywają bezpośrednio przypuszczalnej planety, więc astronomowie nie mogą zmierzyć jej masy. Zamiast tego przeprowadzą symulacje komputerowe dynamiki pierścienia, aby oszacować masę planety.
Kalas i współpracownicy James R. Graham z University of California w Berkeley i Mark Clampin z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD, opublikują swoje odkrycia w czasopiśmie Nature z 23 czerwca 2005 roku.
Fomalhaut, gwiazda licząca 200 milionów lat, jest zwykłym niemowlęciem w porównaniu z naszym Słońcem liczącym 4,5 miliarda lat. Znajduje się 25 lat świetlnych od Słońca. Znajdujący się w gwiazdozbiorze Piscis Austrinus (Południowa Ryba) pierścień Fomalhaut jest dziesięć razy starszy niż dyski ze szczątkami widziane wcześniej wokół gwiazd AU Microscopii i Beta Pictoris, na których wciąż mogą powstawać planety. Jeśli naszym Układem Słonecznym jest jakikolwiek przykład, planety powinny powstać wokół Fomalhaut w ciągu dziesiątek milionów lat po narodzinach gwiazdy.
Obrazy Hubble'a pokazują także zewnętrzny region planetarny otaczający gwiazdę inną niż nasze Słońce. Wiele z ponad 100 planet wykrytych poza naszym Układem Słonecznym krąży wokół swoich gwiazd. Większość obecnych technik wykrywania planet sprzyja znajdowaniu planet bliskich ich gwiazdom.
„Rozmiar pierścienia pyłu Fomalhaut sugeruje, że nie wszystkie układy planetarne kształtują się i ewoluują w ten sam sposób? architektury planet mogą różnić się od gwiazdy do gwiazdy ”- wyjaśnił Kalas. „Chociaż pierścień Fomalhauta jest analogiczny do Pasa Kuipera, jego średnica jest cztery razy większa niż średnica Pasa Kuipera”.
Astronomowie użyli koronera Advanced Camera for Surveys (ACS) na pokładzie Hubble'a, aby zablokować światło jasnej gwiazdy, aby mogli zobaczyć szczegóły w słabym pierścieniu.
„Koronograf ACS oferuje wysoki kontrast, dzięki czemu możemy zobaczyć strukturę pierścienia na tle wyjątkowo jasnego blasku Fomalhaut”, powiedział Clampin. „Ta obserwacja jest obecnie niemożliwa do wykonania przy widzialnych długościach fal bez Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Fakt, że udało nam się to wykryć za pomocą Hubble'a, był nieoczekiwany, ale imponujący. ”
Kalas i jego współpracownicy korzystali z Hubble'a przez okres pięciu miesięcy w 2004 roku? 17 maja, 2 sierpnia i 27 października? aby zmapować strukturę pierścienia. Jedna strona pierścienia musi być jeszcze sfotografowana, ponieważ wystaje poza pole widzenia kamery ACS. Astronomowie ponownie użyją Hubble'a tego lata, aby zmapować cały pierścień. Oczekują, że dodatkowe dane Hubble'a ujawnią, czy pierścień ma jakieś szczeliny, które mogłyby zostać wykute przez wpływ grawitacyjny niewidzialnego ciała. Dłuższe, głębsze ekspozycje mogą również wskazywać, czy pierścień ma jeszcze szerszą średnicę niż obecnie. Ponadto astronomowie zmierzą kolory pierścienia, aby określić jego właściwości fizyczne, w tym jego skład.
Poprzednie mapy emisji cieplnej Fomalhaut wykazały, że jedna strona pierścienia jest cieplejsza niż druga strona, co sugeruje, że pierścień znajduje się poza środkiem o około połowę odległości mierzonej przez Hubble'a. Różnicę tę można wytłumaczyć faktem, że obrazy ACS Hubble'a struktury pierścienia są 100 razy ostrzejsze niż obserwacje na dłuższych falach, a zatem dają znacznie dokładniejszy wynik. Rozbieżność może również oznaczać, że rozmiar pierścienia wygląda inaczej na innych długościach fal.
Pierścień pyłowy Fomalhaut został odkryty w 1983 r. Podczas obserwacji dokonanych przez NASA Infrared Astronomical Satellite (IRAS). Kalas powiedział, że system jest atrakcyjnym celem dla przyszłych teleskopów, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i Terrestrial Planet Finder.
Oryginalne źródło: Hubble News Release
