Массивный пояс астероидов вблизи близкой звезды дзета Зайца?

Поиск планет вокруг близких звезд привел в последние годы к открытию свыше 60 "экзопланет" (так теперь называют новые планеты вокруг звезд). Все они в основном были открыты по наблюдениям слабых изменений лучевой скорости центральной звезды из-за вариаций скорости барицентра планетной системы путем тщательного наблюдения за положением линий поглощения в атмосфере центральной звезды вследствие эффекта Допплера. Еще до открытия первых экзопланет было известно, что вокруг некоторых близких ярких звезд (Вега, бета Живописца и др.) существуют массивные пылевые диски, которые можно было "впрямую" видеть (например, с борта космического телескопа им. Хаббла, см. иллюстрацию), если искусственно "закрыть" яркий диск звезды. Характерный размер таких пылевых дисков оказывался порядка 50-70 и более астрономических единиц, т.е. на расстояниях, сравнимых с расстоянием до "пояса Койпера" в нашей Солнечной системе. Поэтому вокруг звезд типа Веги говорили о наличии "протопланетных" пылевых дисков.

Пыль перерабатывает излучение центральной звезды в инфракрасны диапазон спектра и проявляется как ИК-избыток в спектре. Для Веги и других звезд в пылевыми дисками температура пыли на далеких расстояниях оказывалась порядка 100 К. Для пыли на меньших расстояниях (порядка 5 АЕ, как пояс астероидов в Солнечной системе), температура должна быть выше, около 250-300 К, и такие диски должны были бы проявляться как ИК-избытки на длинах волн около 12 микрон. В 1991 году с борта ИК-спутника IRAS был проведе поиск таких избытков в спектрах 548 карликов главной последовательности спектрального класса А-К, и только у двух из них (бета Живописца и дзета Зайца) такие избытки были найдены. Четырьмя годами позже, в 1995 году, протяженный пылевой диск (до 1000 АЕ) был обнаружен при коронографических наблюдениях бета Живописца, а вот вокруг дзета Зайца (спектральный класс AV, расстояние 21.5 пк, светимость, радиус и масса 14, 1.7 и 1.9 солнечных соответственно) такой протяженый диск отсутствовал.

В начале 2001 года этот факт послужил мотивацией наблюдения дзета Зайца 10-м телескопом Кека в ближнем ИК-диапазоне. Как сообщают авторы этого проекта, С. Чен и М. Юра из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе (ApJ Letters, в печати, препринт astro-ph/0109216), спектрофотометрические наблюдения дзета Зайца подвердили наличие ИК-избытка на 12 микронах, который дает вклад порядка 0.02 процента в полную светимость центральной звезды. Сравнение полученного фотометрического профиля изображения звезды на длине волны 17.9 микрон на ПЗС-матрице с профилем Капеллы обнаруживает на пределе значимости небольшой избыток света на радиусе 0.1 секунды дуги, что соответстует расстоянию около 6 АЕ от центра. По этим данным авторы оценивают плотность (2.5 г в куб. см) и радиус (1.7 микрон) пылинок и полную массу пыли в диске (в предположении, что диск виден плашмя), порядка 1022 г.

Далее, известно, что время жизни пылинок в вокруг звезд ограничено временем падения на центральную звезду вследствие эффекта Пойнтинга-Робертсона. Напомним, что это эффект специальной теории относительности (точнее, конечности распространения скорости света) и связан с торможенеием вращающейся по кеплеровой орбите пылинке в поле излучения фотонов от центральной звезды. Действительно, из-за аберрации света в системе отсчета пылинки звезда "видна" не строго перпендикулярно к вектору скорости v, а под углом, отличающимся от 90 градусов на величину порядка v/c. Это и приводит к торможению и в конечном счете падению пылинки по спиралеобразной орбите на звезду. Характерное время жизни пылинок в системе дзета Зайца оказывается около 10 тыс. лет, а возраст самой звезды -- около полумиллиарда лет. Отсюда авторы оценивают массу "резервуара", способного в стационарном случае поддерживать существование дылевидного диска на расстоянии около 6 АЕ. (В Солнечной системе основным поставщиком пыли, наблюдаемой в плоскости эклиптики как зодиакальный свет, является разрушение астероидов из-за столкновения друг с другом). Она оказывается примерно в 200 раз больше, чем масса пояса астероидов в Солнечной системе.

Итак, если наблюдения Чена и Юры будут подтверждены, астрономам впервые удалось обнаружить планету с массивным поясом астероидов сродни нашему. Сложность наблюдения пыли на столь близких расстояниях от центральной звезды кроется в невозможности разрешения структур, даже у близких звезд. на столь малых угловых растояниях от звезды из-за дифракции света (так, разрешение телескопа им. Хаббла на 10 микронах около 1 секунды дуги). В будущем запуск инфракрасных космических интерферометров (типа проекта ДАРВИН) позволят впрямую разрешать планеты и пыль вокруг ближайших звезд.