Откуда берутся звезды и куда они исчезают? Что такое темная материя и темная энергия? Есть ли жизнь на других планетах? Могут ли звезды жить вечно?

Несмотря на огромный багаж знаний, накопленный за долгие века, мы все еще не можем объяснить многие вещи. Не можем объяснить потому, что не понимаем, как это вообще возможно. Это не обязательно какие-то далекие и недостижимые объекты и странные явления. Обычные звезды таят множество тайн, которые еще предстоит раскрыть.

Расположенная на расстоянии около 400 световых лет от Земли в созвездии Волка, звезда SAO 206462 привлекла к себе внимание астрономов в 2011 году. Их удивила не сама звезда, а то, что ее окружало: создавалось впечатление, как будто у звезды имеются спиральные ветки, которые обволакивают ее.

Спиралевидные образования не являются чем-то странным в космосе, их часто можно заметить в галактиках, однако ранее ученые никогда не видели, чтобы спиральные ветки имела какая-то звезда.

Есть предположения, что спирали сформировались из-за гравитации планет, которые образовались из пыли, окружающей звезду. Однако до сих пор нет ясных доказательств, поддерживающих эту теорию. Это останется загадкой, пока не будут найдены планеты, которые могли бы закрутить вещество вокруг звезды и образовать спиральные ветки.

В 2011 году астрономы с помощью телескопа Субару обнаружили гигантскую звезду со спиральными рукавами диаметром 22 миллиарда километров, что в 2 раза больше орбиты Плутона. Звезда получила обозначение SAO 206462.

Странная спиральная структура, которая наблюдается у этой звезды, обычно характерна галактикам, а не звездам.

Спиральная звезда SАО 206462 расположена в созвездии Волка. Ученые предполагают, что в протопланетном диске вокруг этой звезды, который состоит из межзвездных газа и пыли, медленно формируются планеты. Именно они, благодаря своей гравитации, обуславливают такую спиралевидную структуру звезды.

В спиральных рукавах этой звезды находится, такой себе, инкубатор для планет. Здесь созданы самые благоприятные условия для их зарождения и развития.

Ранее ученые уже обнаруживали группу из сотни миллионов звезд, связанных между собой спиральными рукавами (в галактике "Вертушка"), однако одиночная звезда с такой структурой им встретилась впервые.

На данный момент, ученые до сих пор не установили, есть ли планеты внутри этой огромной спиральной колыбели, то есть в протопланетном диске звезды, однако теоретически это очень даже вероятно.

В 400 световых годах от Солнца, в созвездии Волка, обнаружена забавная звезда SAO 206462. На ее орбите хорошо заметны спиральные рукава. Рукавами галактик никого не удивишь – таковых много. Но вот около звезды – это впервые. Видимо, имеются общие механизмы их образования. Но они пока не понятны ученым.

Состоящая из двух спиральных рукавов, охватывающих 14 миллионов миль в поперечнике, SAO 206462, безусловно, странная и уникальная звезда во Вселенной. В то время как некоторые галактики, как известно, имеют рукава, у звезд обычно их нет. Ученые полагают, что эта звезда находится в процессе создания планет.

Проведенное учеными компьютерное моделирование показало, что именно воздействие гравитации юных планет, скрытых в протопланетном диске, могут создавать подобные спиральные образования, так напоминающие спиральные рукава регулярных галактик вроде нашего Млечного Пути. И теперь эти теоретические работы блестяще подтвердились в ходе реальных наблюдений, проведенных с помощью расположенного на Гавайях телескопа Subaru.

Работа была проведена астрономом Кэрол Грейди (Carol Grady) и ее коллегами по проекту «Стратегическое исследование экзопланет и газопылевых дисков с помощью Subary» (Strategic Exploration of Exoplanets and Disks with Subaru, SEEDS). Эта пятилетняя программа направлена на изучение молодых звезд и окружающих их дисков газа и пыли в ближнем инфракрасном диапазоне – в общей сложности, в ней задействованы более сотни ученых из 25-ти исследовательских организаций.

Обнаруживается, что когда такая молодая система достигает возраста нескольких миллионов лет, в протопланетном диске начинают проявляться признаки структурированности – кольца, щели и даже спиральные рукава. Многие из них могут объясняться вмешательством формирующихся планет.

К таким выводам ученые пришли после наблюдений за звездой SAO 206462, расположенной в 456 световых годах от Земли, в южном созвездии Волк. По их оценке, звезда совсем молода, не более 9 млн лет от роду, а окружающий ее протопланетный диск охватывает пространство в 22,5 млрд км – вдвое больше, чем орбита Плутона в Солнечной системе.

Наблюдения телескопа Subaru в ближнем ИК-диапазоне позволили обнаружить, что внешние области диска образуют весьма интересные структуры – пару спиральных рукавов. По теоретическим расчетам, одна планета, появившаяся в протопланетном диске, может приводить к появлению двух таких рукавов по разные стороны диска. Имеющаяся на снимке Subaru пара не соответствует этим расчетам: видимо, мы видим не все рукава, и каждый из видимых связан со своей отдельной планетой.

Впрочем, авторы исследования замечают, что к появлению таких структур вполне могут приводить и другие процессы, не связанные с образованием планет. Пока решить этот вопрос окончательно нельзя.

Звезда SAO 206462 располагается на расстоянии примерно 450 световых лет от Земли в созвездии Волка. В рамках исследования звезда изучалась при помощи телескопа Subaru. Возраст системы, по оценкам астрономов, составляет "всего" 9 миллионов лет (для сравнения, возраст Солнечной системы – 4,5 миллиарда лет).

Рукава были обнаружены при анализе снимков, полученных в инфракрасном спектре – пыль для такого электромагнитного излучения не является существенным препятствием. Чтобы проверить, что планеты могут образовывать такого рода рукава, ученые использовали компьютерное моделирование.

По словам ученых, различия в структуре рукавов указывают на то, что они – следствие работы сразу двух, а не одной планеты. При этом подчеркивается, что подобные структуры внутри диска уже достаточно давно были предсказаны в теории, однако, только сейчас их удалось зарегистрировать на практике. Новые данные показывают, что диски вокруг звезд на поздних этапах формирования планет обладают сложной и хорошо различимой внутренней структурой.

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил в протопланетном диске со спиральными рукавами вокруг молодой звезды SAO 206462 кандидата в экзопланету или массивное тело, которое могло инициировать формирование спиралей. Также возможно, что это фоновый объект или тусклый спутник звезды, не связанный со спиральным узором диска.

Наблюдения за протопланетными дисками вокруг молодых звезд выявили множество структур в них в виде колец, зазоров, спиралей, полумесяцев и других форм. Спирали занимают третье место по распространенности после колец и зазоров, они могут образовываться за счет гравитационной нестабильности в массивном диске или из-за взаимодействия формирующейся планеты и диска посредством резонансов Линдблада. В последнем случае моделирование показывает, что для маломассивных планет будет наблюдаться много спиральных ветвей в диске, но если планета достаточно массивна, то образуются только две пары спиралей, поскольку остальные ветви сливаются с ними.

Группа астрономов во главе с Габриэлем Куньо (Gabriele Cugno) из Мичиганского университета представила результаты поиска экзопланет в протопланетном диске вокруг звезды SAO 206462. Наблюдения велись при помощи камеры NIRCam «Джеймса Уэбба» 16 февраля 2023 года.

SAO 206462, относится к типу F4Ve и находится в области звездообразования Верхнего Центавра – Волка, на расстоянии 440 световых лет от Солнца. Она является частью визуальной двойной системы, обладает массой 1,6 массы Солнца и возрастом 11,9 миллиона лет. Звезда окружена диском, в котором ранее была выявлена небольшая полость и два спиральных рукава, которые могут быть связаны с невыявленной экзопланетой.

Модели, согласующиеся с наблюдениями, показывают, что в диске нет планет массой более 2,2 массы Юпитера и температурой выше 660–810 кельвин, на удалении около 120 астрономических единиц от звезды. Таким образом, если спирали действительно связаны с газовыми гигантами, то последние должны быть либо очень холодными, либо погруженными в околопланетное вещество, которое гасит излучение.

Однако ученые все же обнаружили в диске кандидата в экзопланету СС1, который может находиться на компланарной круговой орбите, на расстоянии около трехсот астрономических единиц от звезды, что относительно близко к предсказанному положению для тела, связанного с восточной спиральной ветвью. В частности, если СС1 находится на сильно эксцентричной орбите и достаточно массивен (более пяти масс Юпитера), то объект может инициировать образование спиралей.

СС1 обладает текущей расчетной массой 0,8 массы Юпитера, не исключаются версии, что это фоновый объект (например галактика), или старый объект на пролетной траектории с возможной массой 30-50 масс Юпитера. Возможно также, что это тусклый спутник SAO 206462, вообще не связанный со спиралями. Будущие наблюдения должны уточнить природу объекта.

В ходе наблюдения за звездой САО 206462 ученые выяснили, что газопылевый диск, который окружает эту звезду, имеет ярко выраженную спиральную структуру с такими же рукавами, которые обычно наблюдаются у спиральных галактик. На данном этапе этот спиральный газопылевый диск может скрывать экзопланеты на стадии их формирования.

В принципе, астрономы давно знают о том, что протопланетарные диски формируют планеты, однако впервые ученые обнаруживают газопылевый диск спиральной структуры вокруг звезды. С помощью научного инструмента HiCIAO, который установлен на японском телескопе Субару, астрономы смогли сфотографировать звезду SAO 206462 и ее газопылевый диск с двумя спиральными рукавами. Отныне ученые считают, что их недавнее исследование сможет стать новым косвенным методом обнаружения экзопланет вокруг центральных звезд.

Изображение диска вокруг звезды САО 206462 блокирует прямой свет, исходящий из центральной звезды. На данный момент состав этих дисков так же как и процессов, которые в них происходят, остаются большой загадкой для ученых.

Звезда SAO 206462 расположена в 460 световых годах от Земли в созвездии Волка. Астрономы считают, что возраст этой звезды составляет около 9 миллионов лет. А радиус этого диска составляет 20 миллиардов километров.

Астрономы считают, что планеты появляются из пыли и газа, которые формируют так называемый протопланетный диск, вращающейся вокруг протозвезды на финальных этапах ее формирования. Хотя в прошлом различные обсерватории смогли зафиксировать несколько протопланетных дисков, твердые подтверждения существования протопланет были получены только в двух случаях. Теперь астрономы решили задействовать рекордно мощный космический телескоп им. Уэбба, чтобы возобновить поиски протопланет в протопланетных дисках.

Группа ученых из университетов Мичигана, Аризоны и Виктории провели наблюдения протопланетных дисков около трех звезд: HL Tau, SAO 206462 и MWC 758. В этой работе использовался сверхчувствительный инфракрасный спектрограф NIRCam, установленный на борту JWST. Полученные фотографии сопоставлялись с данными предыдущих наблюдений радиотелескопа ALMA Европейской Южной обсерватории в Чили. Результаты работы научных групп из всех трех университетов были опубликованы в журнале The Astronomical Journal.

Данные об излучении в инфракрасном диапазоне, собранные, NIRCam, обрабатывались методом дифференциальной визуализации. Этот метод можно использовать для обнаружения как теплового излучения планеты, так и для поиска специфических линий излучения, связанных с веществом, которое падает на планету и ударяется о ее поверхность с высокой скоростью.

Согласно данным ALMA, а также обсерваторий Хаббл и «Субару», протопланетный диск SAO 206462 состоит из двух ярких спиралей, которые, вероятно, образовались под действием формирующейся планеты. Предполагалось, что она относится к классу горячих газовых гигантов и состоит из водорода и гелия.

Однако снимки JWST не подтвердили наличие кандидата в протопланеты около формирующейся звезды SAO 206462. Либо проведенное моделирование было ошибочным, и протопланета намного холоднее, чем полагали астрономы, либо она чем-то скрыта от наблюдения. JWST показал наличие возможного кандидата в протопланеты – совсем иного – около SAO 206462, однако статус этого объекта не подтвержден, и он может оказаться просто шумом от слабой фоновой звезды.

Наблюдения HL Tau также не увенчались успехом. На основе предыдущих исследований астрономы полагают, что диск HL Tau имеет несколько колец, в которых могут находиться протопланеты. JWST позволил наблюдать эту формирующуюся звезду с высочайшей детализацией, однако она оказалась окружена очень плотным газопылевым облаком, непроницаемым для NIRCam. Тем не менее, ученые смогли увидеть, как под действием сил гравитации вещество из межзвездной среды падает внутрь газопылевого облака, окружающего звезду.

Протопланетный диск MWC 758, как и в случае с SAO 206462, состоит из спиральных рукавов, которые указывают на наличие крупной планеты. Подтвердить ее наличие JWST не смог. Астрономы, впрочем, отметили, что, благодаря чувствительности прибора, им удалось наложить строгие ограничения на характеристики предполагаемой протопланеты, а также исключить наличие других планет во внешних областях MWC 758.

Ученые заключают, что в трех изученных системах планеты, формирующие диски и спиральные рукава, либо слишком близки к своим звездам, либо слишком слабы, чтобы их можно было увидеть с помощью JWST. Если последнее верно, то они должны иметь небольшую массу и низкую температуру, либо их окутывает плотная пыль.

Большинство гипотез, объясняющих наличие структур типа газопылевых дисков и рукавов вокруг звезд, связаны с процессом образования крупных планет, однако существуют и альтернативные объяснения, не предполагающие присутствия планет-гигантов.

Если астрономы смогут подтвердить наличие таких планет, они смогут объяснить особенности других звездных систем на гораздо более поздних стадиях существования. В конечном итоге, это позволит выстроить связные представления об эволюции планетных систем.