Новый снимок JWST раскрыл загадочную структуру, скрытую во мраке космоса

Открытие, сделанное с помощью телескопа Джеймса Уэбба (JWST), вновь подтвердило: даже тусклые и маломассивные звёзды способны хранить в себе целые миры. Международная команда астрономов обнаружила диск из пыли и обломков вокруг звезды TWA 20, относящейся к классу М-карликов. Этот результат стал возможен благодаря детализированным наблюдениям в ближнем инфракрасном диапазоне, проведённым летом 2024 года.

Наблюдения показали, что вокруг молодой звезды вращается крупный диск из частиц — подобие строительного материала для будущих планет. Такие структуры представляют особый интерес, ведь они рассказывают, как формируются миры и как эволюционируют системы, подобные нашей.

Что представляет собой диск обломков

Диски обломков — это своеобразные "архивы" звёздных систем. Они состоят из астероидов, комет, фрагментов льда и пыли, которые остались после формирования планет. В нашей системе подобные образования есть, например, в поясе Койпера. Их изучение помогает понять, из чего возникли планеты и какие процессы определяют их судьбу.

Вокруг TWA 20 астрономы зафиксировали именно такой диск. Он состоит из частиц микронного размера, которые рассеивают свет звезды, делая его видимым для инфракрасных приборов JWST. Эта находка особенно ценна, ведь до сих пор подобные диски у звёзд класса М удавалось наблюдать крайне редко.

Молодая звезда с историей длиной в десять миллионов лет

TWA 20 — сравнительно молодая звезда, расположенная на расстоянии около 261 светового года от Земли. Её возраст оценивается в 10 миллионов лет — по космическим меркам это подростковый период, когда система только начинает стабилизироваться. Эффективная температура поверхности звезды составляет около 3560 К, что соответствует красным М-карликам — самым холодным и тусклым звёздам в нашей галактике.

Несмотря на слабое излучение, именно такие звёзды считаются потенциальными "инкубаторами" для формирования экзопланет. Их активность ниже, чем у горячих звёзд, что создаёт более стабильные условия для накопления пыли и льда.

Как JWST "увидел" невидимое

Для наблюдений команда под руководством Скайлера Палатника из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре применила камеру NIRCam — инструмент JWST, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне. Аппарат способен фиксировать слабейшие источники света, скрытые за ярким сиянием звезды.

"В этой работе мы сообщаем об обнаружении изображения осколочного диска в рассеянном свете вокруг звезды-хозяина TWA 20. Изображения были получены с помощью JWST/NIRCam в рамках обзора GO 4050 и обработаны с использованием RDI и MCRDI", — пояснили исследователи.

Благодаря этим методикам астрономы смогли "отфильтровать" яркий свет звезды и рассмотреть едва заметное свечение пылевого кольца, окружающего её.

Что удалось узнать

По данным исследования, диск вокруг TWA 20 имеет радиус около 65 астрономических единиц (примерно как расстояние от Солнца до внешних границ Пояса Койпера). Его наклон составляет около 70 градусов, а позиционный угол — -132,9°. Максимальная яркость диска — около 0,1 МЯн/ср, что делает его одним из самых тусклых, но при этом отчётливо зафиксированных объектов своего типа.

Интересно, что система не демонстрирует избытка инфракрасного излучения, который обычно свидетельствует о наличии тёплой пыли. Это делает TWA 20 уникальной: она стала одной из двух известных М-звёзд с видимым диском, но без дополнительного инфракрасного свечения.

Сравнение с другими системами

Диск TWA 20 стал третьим по величине среди подобных объектов, обнаруженных у звёзд-карликов, и вращается вокруг одной из самых ярких представителей этого класса.

Советы шаг за шагом: как изучают такие системы

1. Выбор цели. Ученые определяют звезду, вокруг которой могут существовать пылевые структуры.

2. Использование коронографа. Он "затемняет" звезду, позволяя увидеть окружающее пространство.

3. Инфракрасная съёмка. Фиксируются тепловые следы пыли и микрочастиц.

4. Обработка изображений. Алгоритмы RDI и MCRDI устраняют шум и усиливают слабые контуры.

5. Анализ спектра. Полученные данные показывают состав и распределение частиц.

Этот подход позволяет не только подтвердить наличие диска, но и оценить его структуру и динамику.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: ориентироваться только на инфракрасное излучение при поиске дисков.
  Последствие: пропуск холодных и тусклых объектов.
  Альтернатива: комбинировать инфракрасные и видимые наблюдения.

• Ошибка: игнорировать влияние угла наклона.
  Последствие: неверная оценка размеров и плотности диска.
  Альтернатива: использовать многоугловое моделирование.

• Ошибка: считать отсутствие спутников признаком "пустоты".
  Последствие: недооценка роли мелких тел в динамике системы.
  Альтернатива: анализировать микроструктуру пыли и гравитационные возмущения.

А что если в системе всё-таки есть спутник?

Исследователи не обнаружили в данных JWST следов массивного компаньона. Однако полностью исключить наличие малых тел пока нельзя. Возможно, внутри диска скрываются кометы или протопланетные тела, слишком маленькие, чтобы их можно было рассмотреть. Для проверки этой гипотезы потребуются наблюдения с ещё большей чувствительностью, например с телескопа ALMA.

Плюсы и минусы JWST в изучении дисков

FAQ

Как JWST помогает изучать пылевые диски?
Он способен различать слабое рассеянное свечение вокруг звёзд, недоступное наземным телескопам.

Почему именно М-карлики вызывают интерес астрономов?
Потому что это самые распространённые звёзды в Галактике, и изучение их систем даёт ключ к пониманию происхождения большинства планет.

Есть ли шанс, что в системе TWA 20 сформируются планеты?
Да. При достаточной плотности пыли и длительном взаимодействии частиц возможно образование планетезималей.

Мифы и правда

Миф: у тусклых звёзд не бывает пылевых дисков.
Правда: JWST показал, что даже слабые М-карлики могут иметь крупные и активные диски.

Миф: диск обязательно указывает на наличие планет.
Правда: не всегда. Иногда это просто следы столкновений астероидов и комет.

Миф: инфракрасный избыток — обязательный признак диска.
Правда: TWA 20 доказывает обратное: диск может существовать и без него.

Три интересных факта

1. JWST способен различить объект размером с астероид на расстоянии сотен световых лет.

2. Диски вокруг М-карликов обычно состоят из силикатной пыли и кристаллов льда.

3. Около 25% подобных звёзд могут иметь системы, схожие по строению с нашей.

Исторический контекст

Первые пылевые диски за пределами Солнечной системы были обнаружены в 1980-х годах с помощью инфракрасных спутников. Но только с появлением JWST стало возможно видеть их с такой точностью. Система TWA 20 теперь вошла в список уникальных объектов, которые помогают астрономам изучать ранние этапы формирования планет.