Астрономы обнаружили двойной газовый диск у белого карлика, сформированный двумя планетезималями

Международная группа астрономов обнаружила уникальную систему WD J1328–1450, где вокруг белого карлика вращаются два отдельных газовых диска. Это открытие бросает вызов существующим моделям формирования и эволюции остаточных дисков.

Система WD J1328–1450 была идентифицирована по инфракрасному избытку в широкополосных фотометрических данных, после чего для её изучения использовался спектрограф X-shooter на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории. Наблюдения проводились в несколько этапов в 2021 и 2023 годах, что позволило получить спектры высокого разрешения и проследить за стабильностью эмиссионных линий.

В спектрах WD J1328–1450 были зарегистрированы линии поглощения кальция, магния и кремния, что однозначно указывает на аккрецию планетного материала из окружающего пылевого диска. Однако главной неожиданностью стали эмиссионные линии кальция и кислорода, которые вместо типичного двугорбого профиля демонстрировали четыре пика. Такая морфология объясняется суперпозицией излучения от двух концентрических газовых колец, расположенных на расстояниях от 0,14 до 0,34 радиуса Солнца и от 0,54 до 1,93 радиуса Солнца.

Моделирование профилей линий подтвердило, что газовые диски близки к круговым и остаются стабильными на протяжении более чем двух лет. При этом поверхностная яркость внутреннего и внешнего дисков меняется с расстоянием по-разному, что может указывать на неоднородное распределение газа или наличие сгустков во внутреннем кольце. Разделяющий диски промежуток, вероятно, поддерживается балансом между сублимацией и конденсацией газа, а также взаимодействием с твёрдыми телами.

Химический анализ выявил заметное различие в соотношении магния и кальция между внутренним и внешним кольцами. Если бы оба диска имели одинаковый состав, эмиссия магния от внешнего кольца должна была бы уверенно детектироваться, но её отсутствие свидетельствует о существенном обеднении магнием внешней области. Это может означать, что кольца образовались из разных родительских тел или из разных слоёв одного дифференцированного планетезималя.

Наиболее вероятным механизмом генерации газа в обоих дисках считается взаимодействие пыли с двумя массивными планетезималями, движущимися по концентрическим орбитам. Оценки показывают, что внутреннее тело должно находиться на расстоянии от 0,14 до 0,34 радиуса Солнца, а внешнее — от 0,54 до 1,93 радиуса Солнца. Чтобы выжить на столь близких к белому карлику орбитах, эти объекты должны обладать высокой внутренней прочностью; их размеры могут варьироваться от нескольких километров до размеров Плутона или даже Луны.

Существование стабильного двойного газового диска создаёт трудности для традиционных моделей. Сценарии, в которых газ возникает только за счёт сублимации на внутреннем крае пылевого диска или в результате каскада столкновений, с трудом объясняют наличие чёткого промежутка между кольцами. Альтернативная гипотеза о двойной системе белых карликов с независимыми дисками требует крайне маловероятного совпадения условий, поэтому исследователи склоняются к модели с двумя планетезималями.

Структура колец вокруг WD J1328–1450 удивительно напоминает образования, наблюдаемые в протопланетных дисках молодых звёзд. Несмотря на разницу в масштабах и природе центрального объекта, это сходство позволяет предположить, что схожие процессы формирования и эволюции могут действовать как на ранних, так и на поздних стадиях жизни планетных систем. Открытие подчёркивает, что газовые остаточные диски у белых карликов остаются малоизученной областью, а их долгосрочная эволюция требует дальнейших наблюдательных и теоретических усилий.