Астрономы из Университета Аризоны во главе с командой использовали космический телескоп JWST NASA, чтобы получить изображение теплой пыли вокруг близкой молодой звезды Фомальго. Они исследовали первый пояс астероидов, когда-либо наблюдаемый за пределами нашей солнечной системы в инфракрасном свете. Изображение показывает вложенные концентрические кольца пыли, некоторые из которых ранее не были замечены. Вероятно, эти пояса образованы гравитационными силами, порождаемыми встроенными, невидимыми планетами.

Как оказалось, пылевые структуры намного сложнее, чем пояса астероидов и пояс Койпера в нашей солнечной системе. Существуют три вложенных пояса, простирающихся на расстояние 23 миллиарда километров от звезды, что в 150 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Внешний пояс примерно вдвое больше по размеру, чем пояс Койпера нашей солнечной системы, состоящий из малых объектов и холодной пыли за Нептуном, самой удаленной известной планетой. Внутренние пояса в системе Фомальго, которые ранее не наблюдались, впервые были обнаружены Webb в инфракрасном свете. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Пояса окружают молодую горячую звезду, которая находится примерно в 25 световых годах от Земли и может быть видна невооруженным глазом как самая яркая звезда в созвездии Южная Рыба. Пылевые пояса представляют собой обломки, образовавшиеся в результате столкновений более крупных тел, аналогичных астероидам и кометам, и часто называются дебрисными дисками. Астрономы впервые обнаружили диск вокруг Фомальго в 1983 году, но ни одно из предыдущих наблюдений не предоставляло такого впечатляющего и информативного обзора, как полученный с помощью телескопа Webb.

Автор исследования Андраш Гаспар, астроном-исследователь в Обсерватории Стюарда Университета Аризоны, сказал:

Я бы описал Фомальго как прототип дебрисных дисков, найденных в других местах нашей галактики, потому что он имеет компоненты, сходные с теми, которые есть в нашей планетарной системе. Анализируя узоры в этих кольцах, мы можем начать составлять некий эскиз того, как должна выглядеть планетная система, если бы у нас была возможность сделать достаточно глубокое изображение для наблюдения за предполагаемыми планетами.

Источник: NASA, ESA, CSA, STScI.
На этом изображении показаны особенности системы Фомальгаута, включая внутренний и внешний пояса астероидов. Большое пылевое облако выделено, и вытягивание показывает его в двух инфракрасных длинах волн, 23 и 25,5 микрон. Масштабная линейка обозначена в астрономических единицах, что является средним расстоянием между Землей и Солнцем. Внешнее кольцо охватывает около 240 расстояний между Землей и Солнцем.

Идея о протопланетарном диске вокруг звезды возникла в конце 1700-х годов, когда астрономы Иммануил Кант и Пьер-Симон Лаплас независимо разработали теорию о том, что Солнце и планеты образовались из вращающегося облака газа, которое сжалось и сплющилось под воздействием гравитации. Дебрисные диски формируются позднее, после формирования планет и рассеивания первичного газа. Когда маленькие тела, такие как астероиды, сталкиваются, их поверхности превращаются в огромные облака пыли и другого мусора. Наблюдения их пыли предоставляют уникальные подсказки о структуре экзопланетарной системы, распространяясь до планет размером с Землю и даже астероидов, которые слишком малы для индивидуального наблюдения.

Ранее четкие изображения внешнего пояса вокруг Фомальго́ были получены с помощью космического телескопа Хаббл, обсерватории Хершеля и Атакамского массива миллиметровых/субмиллиметровых волн (ALMA). Однако ни один из них не обнаружил внутренние структуры.

Webb также получил изображение того, что Гаспар называет "великим облаком пыли", которое может быть свидетельством столкновения, произошедшего во внешнем поясе между двумя протопланетарными телами. Это отличается от предполагаемой планеты, впервые обнаруженной Хабблом внутри внешнего пояса в 2008 году. Последующие наблюдения Hubble, проведенные командой Гаспара, показали, что к 2014 году объект исчез. Вполне вероятно, что эта новообнаруженная особенность, подобно предыдущей, представляет собой расширяющееся облако очень мелких пылевых частиц от двух ледяных тел, столкнувшихся друг с другом.