Космічний телескоп TESS відшукав 30 нових екзокомет у системі молодої зірки Бета Живописця, а астрономи дійшли висновку, що вони не відрізняються від комет з Сонячної системи. Розмір їхніх ядер оцінили від 3 до 14 кілометрів у діаметрі, що дуже подібно до розподілу кометних розмірів у поясі Койпера. Так у статті, опублікованій у Scientific Reports, вчені дійшли висновку, що більшість комет у планетних системах формується шляхом зіткнення тіл та подальшої каскадної фрагментації.
Danielle Futselaar
Звідки беруться комети?
Кометами називають примітивні космічні тіла, складені з дрібних пористих кам'янистих частинок та льоду у ядрі та з коми або хвоста, утворених внаслідок випаровування льоду, позаду. Вважається, що вони утворилися ще на початку історії Сонячної системи, коли від газопилової хмари, в якій народилося Сонця, лишилися частинки матеріалу, що дали початок планетам, а заразом і уламкам, які під дією гравітації розійшлися околицями нашої зоряної системи: за орбіту Нептуна, утворивши пояс Койпера та навіть за 2‒5 тисяч астрономічних одиниць від Сонця, утворивши хмару Оорта.
Деякі комети, а саме з поясу Койпера, під гравітаційною дією планет мігрують у внутрішню Сонячну систему, наближаючись до нашого світила частіше, ніж один раз на двісті років — їх називають короткоперіодичними. Натомість малі тіла з хмари Оорта вважаються довгоперіодичними і деякі з них могли жодного разу не долітати до Сонця навіть на мінімально доступну для себе відстань. Нещодавно одну із таких визнали рекордною за розмірами — досі комета Бернардінеллі — Бернштейна не підходила до Сонця ближче, ніж на 17-21 астрономічну одиницю.
Але Сонце — не єдина зірка у Всесвіті. І тому очевидно, що комети є і у нашій системі. Позасонячні комети називають екзокометами і у новій роботі французькі вчені повідомили про відкриття 30 нових екзокомет на відстані 63 світлових років від нас.
Де знайшли нові екзокомети?
Бета Живописця (β Живописця) — це молода зірка віком близько 20 мільйонів років, яка володіє принаймні двома масивними планетами і безліччю молодих тіл у своїй системі. На її орбіті зберігся навколозоряний диск з пилу та уламків, що простягається на 1 835 астрономічних одиниць на північний схід від неї та на 1 450 астрономічних одиниць на південний захід. Спектроскопічні спостереження за нею ще з середини 1980-х років виявляли зміни у спектрі, що вказують на проходження повз світило газових хвостів екзокомет. Власне ці транзити, за якими кілька десятиліть спостерігали астрономи, і сформували сучасні уявлення про природу і еволюцію малих тіл.
З точки зору кометної астрономії Бета Живописця унікальна, адже є надзвичайно зручною для дослідження: вона молода, знаходиться близько до нас, а з Землі її видно ребром. Втім, досі спостереження за кометною активністю у її системі обмежувалися транзитною спектроскопією, яка давала змогу вивчати лише газову частину кометної коми, адже дослідження її пилової складової вимагає високоточних фотометричних спостережень. І ситуацію вдалося змінити за допомогою космічного телескопа TESS, який займається пошуком планет подібним методом — виявляє їх за проходження на тлі своїх зірок.
У ході 156 днів спостереження за Бетою Живописця TESS вдалося отримати дані про три фотометричні події, які пов'язали із проходженням пилової компоненти екзокомет через світило. У цій роботі астрономи представили аналіз всього набору даних, який TESS вдалося зібрати за весь час спостережень за системою. І «провали», тобто зміни блиску на кривій блиску зорі вказали на принаймні 30 подій транзитів екзокомет. І хоча для молодої зірки така кількість комет не є надзвичайною, це вперше, коли астрономам вдалося поспостерігати за ними за допомогою фотометричного аналізу.
Криві блиску під час прольоту екзокомет у системі Бети Живописця. Alain Lecavelier des Etangs et al. / Scientific Reports, 2022
Які комети літають біля Бети Живописця?
Виявлені астрономами 30 саме фотометричних транзитів дають можливість провести статистичний аналіз їхніх властивостей. Моделювання транзитних кривих блиску екзокомет показує, що транзитна глибина поглинання прямо пропорційна швидкості випаровування пилу з ядра комети. І якщо припустити, що швидкість утворення пилу пропорційна площі ядра комети, то радіуси комет можна оцінити як 1,5 кілометра для найменшої і 6,7 для найбільшої, що надзвичайно схоже на розміри комет у Сонячній системі.Таким чином можна зробити висновок, що головним механізмом утворення комет є зіткнення тіл та подальша їхня каскадна фрагментація.
Розміри комет з Бети Живописця порівняно із кометами з Сонячної системи. Alain Lecavelier des Etangs et al. / Scientific Reports, 2022
Цікаво, що одну з подій, яка мала виняткову глибину поглинання випромінювання, рухаючись у системі, вчені віднесли до екзокомет з іншої сім'ї, імовірно, не пов'язаної з 29 іншими. Тому щоб залишатися консервативним, цю найглибшу подію вчені не взяли до уваги у розрахунках розподілу глибин поглинання і розмірів екзокомет, які розглядається в роботі.
Більше про комети, астероїди та інші малі тіла біля Сонця ми розповідали у нашому матеріалі «Малі тіла Сонячної системи та де їх шукати».