Фомальгаут относительно молодая звезда возрастом около 300 миллионов лет, с потенциальной продолжительности жизни до миллиарда лет. Звезда имеет дефицит металла по сравнению с Солнцем, а это значит, что она состоит из меньшего процента элементов, отличных от водорода и гелия. Металличность звезды определяется путем измерения обилия железа в фотосфере относительно водорода. В 1997 году спектроскопические исследования показали значение, равное 93% от объема железа на Солнце, но более поздние исследования показали, что значение может быть на самом деле в два раза меньше.

Фомальгаут является одной из 16 звезд, принадлежащих движущейся группе звезд Кастора. Это объединение звезд, которое разделяет общее движение звезд в пространстве и, следовательно, могут быть физически связаны. Другими членами этой группы являются Кастор и Вега. Этой перемещающейся группе по оценкам ученых порядка 200 миллионов лет. Соседняя звезда TW Южной Рыбы, которая является также членом этой группы, может образовывать физическую пару с Фомальгаут.

Фомальгаут окружен пылевым диском из мусора тороидальной формы с очень острым внутренним краем на радиальном расстоянии 133 а.е. Пыль распределяется в поясе шириной приблизительно 25 а.е и иногда упоминается как «пояс Койпера Фомальгаут». Пыльный диск Фомальгаут, как полагают, является протопланетным и излучает инфракрасное излучение. Измерения вращения Фомальгаут указывают, что диск находится в экваториальной плоскости звезды, как и предполагает теория формирования звезд и планет.

Фомальгаут имеет особое значение в экзосолнечных исследованиях, так как он является центром первой звездной системы с экзопланетой (Фомальгаут b), увиденной на видимых длинах волн. Масса планеты ориентировочно не более чем в три раза превосходит массу Юпитера и не менее массы Нептуна.

Звезда Фомальгаут относится к классу самых ярких звезд ночного неба. Она находится на достаточно близком расстоянии к планете Земля – буквально 25 световых лет. Фомальгаут является главной звездой созвездия Южная Рыба. По этой причине данное небесное светило часто называют Альфой Южной Рыбы.

По современным астрономическим данным, Фомальгаут находится на 18-ом месте в списке ярчайших звезд ночного неба. Из-за низкой звездной величины (1,16V) данное небесное тело можно наблюдать с Земли даже невооруженным глазом.

Благодаря своей яркости, это небесное тело было замечено еще древними народами, проживающим в южных регионах Северного полушария. В частности, Фомальгаут наблюдали жители территорий современного Китая, Индии, Ирана и других стран. Есть даже исторические свидетельства, подтверждающие тот факт, что звезда Фомальгаут играла важную роль во множестве ритуальных обрядов, совершаемых населением территорий этих стран в древние времена.

Поскольку звезда Фомальгаут находится в созвездии Южная Рыба, а первые наблюдения этого небесного тела происходили в Азии, нет ничего удивительного в том, что эта звезда носит арабское наименование «fum al-ḥūt», которое переводится на русский язык, как «рот рыбы» или «рот кита».

Так как звезда Фомальгаут расположена на относительно небольшом расстоянии от Земли – 25 световых лет, она прекрасно поддается наблюдению в различного рода астрономические приборы. При помощи этих приборов было установлено, что Фомальгаут относится к классу молодых звезд. Возраст этой звезды насчитывает примерно 250 миллионов лет. Для сравнения возраст нашего Солнца составляет 4,57 миллиарда лет. Получается, наше Солнце старше звезды Фомальгаут в 18 раз!

Хотя Солнце значительно превосходит Фомальгаут в такой категории как возраст, Фомальгаут превосходит нашу главную в ряде других параметров, например, в массе. Благодаря современной астрономической аппаратуре доказано, что Фомальгаут более чем в 2 раза превосходит наше Солнце по весу. Кроме того, звезда Фомальгаут в 16 раз ярче Солнца, а его радиус в 1,85 раза больше радиуса нашей звезды. Температура Фомальгаута достигает 8,5 тысяч градусов по Кельвину.

Хотя сам Фомальгаут был обнаружен людьми еще несколько тысячелетий назад, человечество серьезно занялось исследованием данной звезды только в прошлом столетии. Первые солидные данные о звезде Фомальгаут земляне получили благодаря космическому телескопу Хаббл, запущенному на орбиту Земли в 1990 году.

Благодаря анализу снимков, полученных с телескопа Хаббл, в 1998 году в системе звезды Фомальгаут был обнаружен протопланетный диск. Диск практически полностью состоит из протопланетного вещества (материала, из которого в последующем могут образоваться планеты), опоясывает звезду Фомальгаут и дает колоссальное инфракрасное излучение.

Однако в 2008 году, при помощи все того же телескопа Хаббл, в протопланетном диске звезды Фомальгаут была обнаружена первая планета, которую астрономы назвали Фомальгаут b. Последующие наблюдения показали, что Фомальгаут b, возможно, далеко не единственная планета в системе Фомальгаута. В 2011 году ученые обсерватории в Чили (Atacama Large Millimeter Array) подтвердили существование в системе данной звезды еще одной планеты – Фомальгаут c.

Сейчас же в ученых есть все основания полагать, что в системе Фомальгаута находится еще одна планета – Фомальгаут d. Однако существование этой планеты пока еще официально не обнародовано астрономическим сообществом.

Звезда Фомальгаут входит в число группы Кастора. К этой группе относятся звезды, имеющие общее родство, а также общий маршрут перемещения в пространстве. Помимо звезды Фомальгаут к этой группе относятся еще такие знаменитые небесные светила, как Вега, Альдерамин, Кастор, Альфа Весов и другие.

У звезды Фомальгаут есть родная сестра – звезда TW Южной Рыбы. Данная звезда представляет собой небольшой оранжевый карлик (TW Южной Рыбы в 5 раз меньше звезды Фомальгаут), который находится на расстоянии всего лишь одного светового года от Фомальгаута и перемещается вместе с этой звездой в пространстве в одном направлении. Современные исследования показывают, что звезда TW Южной Рыбы примерно того же возраста, что и Фомальгаут. Именно по этой причине множество ученых именует вышеназванные звезды «сестрами», так как, скорее всего, эти космические тела имеют общее происхождение.

Международная команда астрономов, работающая с телескопом ALMA, получила первое полное миллиметровое изображение протопланетного диска, окружающего молодую звезду Фомальгаут. Космический образ удивительно похож на око Саурона из «Властелина колец».

На представленном композитном снимке оранжевым цветом обозначено излучение, идущее от звезды и ее диска. Фоновое голубое свечение – дополнительные данные с «Хаббла», область черного зрачка – коронографическая маска.

Ученые наблюдали Фомальгаут с помощью телескопа ALMA еще в 2012 году, когда он только строился, и выявили лишь половину диска. Новые наблюдения дают полное представление об этой пылающей полосе, а также указывают на то, что между ее ледяным содержимым и кометами в нашей Солнечной системе есть химическое сходство.

Это кольцо пыли и газа, вероятно, является результатом сокрушительного столкновения экзокомет вблизи внешних границ планетной системы. Как выяснилось, сияющая полоса ледяной пыли шириной 2 миллиарда километров сформировалась примерно в 20 миллиардах километров от звезды.

Газопылевые диски – характерное явление для молодых звезд. Они отражают крайне динамичный и хаотический период в истории солнечной системы. Как полагают астрономы, диски образовались в ходе продолжающихся столкновений комет и других планетозималей во внешних пределах недавно сформированной планетной системы. Остатки обломков от этих столкновений поглощают свет от центральной звезды и повторно излучают эту энергию в виде слабого свечения миллиметровой длины волны, доступного для изучения телескопом ALMA.

Используя новые данные и компьютерное моделирование, исследователи смогли рассчитать точное местоположение, ширину и геометрию диска. Эти параметры подтверждают, что такое узкое кольцо, вероятно, создается гравитационным воздействием планет в системе.

Новые наблюдения впервые отчетливо демонстрируют «свечение апоцентра», предсказанное в статье 2016 года Маргарет Пан из Массачусетского технологического института в Кембридже. Как и все объекты с удлиненными орбитами, пылевой материал в диске Фомальгаута перемещается медленнее, когда он находится дальше от звезды. По мере того как пыль замедляется, она накапливается, образуя более плотные концентрации в отдаленных частях диска. Эти плотные области можно увидеть с помощью ALMA как более яркое излучение миллиметрового диапазона.

Используя тот же набор данных, но фокусируясь на отдельных сигналах миллиметрового диапазона, естественным образом излучаемых молекулами в космосе, ученые обнаружили обширные запасы угарного газа в том же месте, что и диск с обломками.

«Эти данные позволили нам установить, что относительная распространенность монооксида и диоксида углерода вокруг Фомальгаута примерно такая же, как у комет в нашей Солнечной системе. Это химическое родство может указывать на сходство в условиях образования комет между внешним миром этой планетной системы и нашей собственной», – сказал Лука Матра из Кембриджского университета Великобритании. Он и его коллеги считают, что этот газ либо выделяется во время длительных кометных столкновений, либо является результатом одного большого удара суперкомет, в сотни раз более массивных, чем комета Хейла – Боппа.

Наличие диска и его знакомая химия может означать, что эта система подвергается своей версии поздней тяжелой бомбардировки – период в истории Земли, когда примерно 4 миллиарда лет назад наша и другие планеты ежедневно подвергались ударам астероидов и комет, оставшихся от формирования Солнечной системы. Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Композиционное изображение звезды Фомальгаут, полученное в двух диапазонах электромагнитного спектра: оптическом и миллиметровом. Оптическое изображение было получено на орбитальном телескопе им. Хаббла несколько лет назад. Оно показано синим цветом. А оранжевым показано то, что увидел радиоинтерферометр ALMA в наблюдениях в конце 2015 года. ALMA – это комплекс нескольких десятков двенадцатиметровых антенн, рассчитанных на наблюдения в миллиметровом диапазоне и располагающихся в чилийской пустыне Атакама в Южной Америке. ALMA расшифровывается как Atacama Large Millimeter Array.

Что мы видим на картинке? Пятно в центре – это не диск звезды, а то, как звезду видит ALMA из-за конечной разрешающей способности. Реальный размер Фомальгаута гораздо меньше. Черная область – экран, которым при наблюдениях на Хаббле закрывалась звезда, чтобы ее яркий свет, рассеянный внутри телескопа, не мешал бы исследовать ее окружение. Этот рассеянный свет виден как неоднородные «лучи», исходящие из центра изображения.

Кроме самой звезды видно также яркое кольцо (часто говорят «диск», debris disk – «диск из обломков» или belt – «пояс»), оставшееся после формирования системы Фомальгаута. Это достаточно плотное кольцо, состоящее из маленьких осколков льда, камней, пыли и газа. Оно имеет диаметр около 140 астрономических единиц, что почти в 5 раз больше радиуса орбиты Нептуна в нашей Солнечной системе. На оригинальном снимке с Хаббла (без наложенного на него изображения ALMA) это кольцо также просматривается, но не так хорошо и подробно.

Как формируется остаточный диск? Все начинается с коллапса плотного межзвездного облака. Возникшее в нем возмущение плотности (случайно или под действием внешних причин) приводит к образованию чуть более плотного сгустка с чуть большей гравитацией. Его притяжение собирает ближайшее вещество, сгусток становится плотнее и тяжелее, его гравитация становится сильнее, и все повторяется вновь. Так в конце концов большое облако собирается в плотный компактный сгусток газа, внутри которого повышается температура и давление и начинаются термоядерные реакции. Так возникает звезда. То же вещество облака, которое не стало частью звезды, образует вокруг нее протопланетный диск.

Дело в том, что поскольку изначально облако немного вращается вокруг своей оси, то по направлению вдоль этой оси центробежная сила на вещество не действует, и коллапс протекает довольно эффективно. Но в поперечном направлении центробежная сила препятствует полному коллапсу, тем самым образуется дисковая структура. По тем же самым причинам наша Галактика тоже имеет форму диска. Из вещества протопланетного диска образуются планеты, а их взаимодействие с остаточным строительным материалом в конечном итоге может привести к образованию сравнительно плотного пояса из вещества на краю планетной системы. Остаточный диск Фомальгаута был обнаружен еще двадцать лет назад. Но новые наблюдения ALMA позволили его исследовать с рекордной детализацией.

Чем это интересно для науки: свечение диска – это тепловое излучение его вещества, нагретого светом Фомальгаута. Если вы посмотрите на кольцо, то увидите, что его верхний и нижний край светятся ярче, чем левый и правый. Это апоцентр и перицентр кольца, то есть самая удаленная и самая близкая к Фомальгауту точки. Повышенное свечение перицентра возникает из-за того, что частицы, расположенные ближе к звезде, нагреваются сильнее. А свечение апоцентра, заподозренное несколькими годами ранее и окончательно подтвержденное ALMA, возникает по весьма интересной причине. Дело в том, что остаточное кольцо Фомальгаута представляет собой рой частиц и осколков, которые двигаются вокруг звезды по законам небесной механики (законам Кеплера).

По этим законам все тела в апоцентре движутся немножко медленнее, чем когда они проходят ближайшую точку к звезде. Поскольку они движутся медленнее, то в этой области образуется своего рода пробка из частиц, то есть их плотность увеличивается, а скорость уменьшается. Из-за этого увеличивается и суммарное свечение всей области апоцентра по сравнению с соседними участками кольца. Измерение соотношения яркости апоцентра и перицентра позволяет восстановить распределение частиц по их размерам и способности поглощать свет центральной звезды, что и было сделано.

Кроме того, лет десять назад у Фомальгаута была обнаружена возможная планета – Фомальгаут b. Этот объект наблюдается как слабый точечный источник, двигающийся по вытянутой орбите вокруг Фомальгаута. Однако до сих пор есть сомнения в его физической природе: действительно ли это планета или, например, компактное облако пыли и газа? Этот объект также был уверенно обнаружен в ходе наблюдений на ALMA, что позволило оценить его массу (в предположении, что это все-таки облако), которая оказалась очень мала – в тысячу раз меньше массы Луны.

Зачем это знать: Фомальгаут как звезда довольно близок по своим характеристикам к Солнцу. При этом он более чем в 10 раз моложе. Поэтому, изучая эту планетную систему, мы как бы видим нашу, но такой, какой она была в эпоху так называемой «поздней тяжелой бомбардировки» (англ. Late Heavy Bombardment) – важном периоде в истории формировании Земли.

Как уже выяснили астрономы, «Око» окружают нагромождения из пыли. Ученые с помощью телескопа «Хаббл» обнаружили, что двойная система HR 4796, которая напоминает «Око Саурона», на самом деле гораздо сложнее, чем предполагалось. Как сообщается на сайте NASA, ученым удалось обнаружить структуру из пыли диаметром около 225 миллиардов километров вокруг звезды.

«Зрачок» структуры, которая была уже известна астрономам ранее, образует молодая звезда HR 4796А, размеры которой в два раза превосходят размеры Солнца, а яркость – в 20 раз. Она окружена протопланетным диском пыли радиусом в два раза больше орбиты Плутона. Второй участник тандема, расположенного от Земли на расстоянии 220 световых лет, – красный карлик HR 4796В.

Новая же структура внешне напоминает бумеранг, немного вытянутый в одну сторону. На данный момент однозначного объяснения особенностей формирования системы в ученых нет. По мнению исследователей, такое положение вещей может быть вызвано движением HR 4796А, которая «вспахивает» межзвездную среду. Или же оно является следствием взаимодействия со звездой-компаньоном.