БЕЛЫЙ КАРЛИК С ДВУМЯ КОЛЬЦАМИ ГАЗА

Многие планетные системы переживают свою звезду. Когда она становится белым карликом — плотным остатком, который после неё остаётся, — вокруг него могут образоваться пылевые диски, а планетные обломки, падающие на него, оставляют химические следы в его атмосфере. Некоторые из этих дисков содержат и газ. Этот газ светится на точно определённых длинах волн, чаще всего в тройке инфракрасных линий кальция. У всех 21 газового диска, известного до сих пор, каждая линия имеет одну и ту же форму: два пика.

Почему вращающееся кольцо рисует два пика

У газового диска, видимого под углом, одна сторона движется к нам, а другая удаляется. Эффект Доплера сдвигает свет от приближающейся стороны к немного более коротким длинам волн, а свет от удаляющейся — к более длинным. Каждая линия расщепляется на два пика, которые расходятся тем дальше, чем быстрее газ обращается, — а ближе к звезде газ обращается быстрее, как того требуют законы Кеплера.

Двадцать второй диск

Никола Пьетро Джентиле Фузилло (Nicola Pietro Gentile Fusillo) из Университета Триеста и Астрономической обсерватории Триеста INAF вместе с коллегами из Уорика, Вальпараисо, Лондона и Киля заметил, что белый карлик WD J1328−1450 испускает больше инфракрасного света, чем должна голая звезда: признак тёплой пыли. Они наблюдали его спектрографом X-shooter на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории в 2021 году и снова в 2023-м.

Масса звезды составляет 0,47 массы Солнца и упакована в шар радиусом 1,5% солнечного. Кальций, магний и кремний в её атмосфере показывают, что она поглощает планетное вещество. Но её линии кальция и кислорода имеют четыре пика вместо двух.

Два спектра один над другим: на верхнем каждая из трёх эмиссионных линий расщепляется на четыре резких пика; на нижнем у каждой линии два пика.

Три линии кальция WD J1328−1450 (a), каждая с четырьмя пиками, в сравнении с обычными двухпиковыми линиями SDSS J1228+1040, прототипа газового диска (b). — Рисунок 1, Gentile Fusillo et al. (2026), arXiv:2610.37773.

Два кольца и промежуток

Команда воспроизвела линии с помощью двух плоских колец газа, одно внутри другого. В солнечных радиусах — радиусах Солнца — внутреннее кольцо простирается от 0,14 до 0,34, внешнее — от 0,54 до 1,93, а между ними пустой промежуток. Даже внутренний край находится примерно в девяти собственных радиусах звезды от неё.

Два пика внутреннего кольца разнесены примерно на 1 024 километра в секунду, внешнего — примерно на 420: внутренний газ обращается быстрее. Примерно за два года форма линий почти не изменилась: кольца стабильны.

Вид сверху на большой красный диск с белым промежутком, отделяющим маленькое внутреннее кольцо от широкого внешнего; белый карлик отмечен в центре, края подписаны в солнечных радиусах.

Светящийся газ кальция, вид сверху, в масштабе: внутреннее кольцо A, внешнее кольцо B и промежуток. Отрезок вверху слева — один солнечный радиус; более насыщенный красный означает более яркий газ. — Рисунок 3, Gentile Fusillo et al. (2026), arXiv:2610.37773.

Магний только внутри

Одна линия магния имеет всего два пика: она исходит только от внутреннего кольца. Если бы во внешнем кольце было столько же магния относительно кальция, сколько во внутреннем, его пики выделялись бы более чем в шесть раз над уровнем шума. Их нет. Отношение магния к кальцию — это отпечаток пальцев материала: около 5–15 в хондритах, семействе каменных метеоритов, около 8 в мантии Земли, около 1,6 в её коре. Два кольца, вероятно, происходят от разных родительских тел — или от разных слоёв одного тела, которое разделилось на богатую магнием мантию и бедную магнием кору.

Что-то должно питать каждое кольцо

Газ в таком диске растекается, но, дрейфуя наружу и остывая ниже примерно 1 200–1 500 кельвинов, он снова конденсируется в частицы: каждое кольцо остаётся вблизи того места, где образуется его газ. Так что же производит газ в двух разных местах? Пыль, испаряющаяся на внутреннем крае диска, не может оставить промежуток; столкновения, перемалывающие пыль, потребовали бы неизвестного тормоза, действующего только внутри промежутка.

Два белых карлика, слишком близких, чтобы их различить? Gaia видит одну звезду, а газовый диск вообще есть лишь у 0,067% белых карликов: два сразу — маловероятно. Одна планета, расчищающая промежуток? Даже самое крупное железное тело, которое могло бы уцелеть рядом с промежутком, — 440 километров в поперечнике — обладало бы слишком слабой гравитацией, чтобы удерживать горячий газ, подсчитали авторы, — и это не объяснило бы, как газ образуется в двух кольцах по обе стороны.

Вместо этого авторы обращаются к SDSS J1228+1040, где сигнал, повторяющийся примерно каждые два часа, можно объяснить лишь плотным твёрдым телом внутри диска, которое производит газ, взаимодействуя с пылью. Их предложение: по одной такой планетезимали — небольшому твёрдому телу того рода, из которого строятся планеты, — в каждом кольце.

Насколько большим может быть уцелевший?

Так близко к звезде гравитация притягивает ближнюю сторону тела сильнее, чем дальнюю, и может разорвать его. Телу без внутренней прочности понадобилась бы плотность выше, чем у любого известного материала: не менее 3 600 граммов на кубический сантиметр на внутреннем крае внутреннего кольца. Два уцелевших тела должны обладать внутренней прочностью. С плотностью железа и прочностью каменистых тел Солнечной системы внутреннее могло бы иметь в поперечнике не более 45 километров у внутреннего края своего кольца и 172 у внешнего — типичный астероид. Внешнее могло бы достигать 346 километров у внутреннего края своего кольца и 2 340 у внешнего, а каменистое тело на внешнем крае — около 3 500 километров: от размера Цереры до размера Плутона или даже Луны.

Тень могла бы имитировать промежуток

Одна альтернатива остаётся открытой: единый диск, раздутый внутренний край которого затеняет область между 0,34 и 0,54 солнечного радиуса. Это объяснило бы и то, почему внутреннее кольцо тускнеет наружу, а внешнее становится ярче. Но ни один другой белый карлик и ни одна молодая звезда с газовым диском не показывает четырёх пиков — даже WD J0846+5703, пылевой диск которого более чем вдвое ярче относительно своей звезды. Авторы не находят прямых свидетельств такой тени и не видят причин, по которым она появилась бы только здесь.

Пыли одинаково хорошо соответствуют несколько форм диска. А ничем не примечательный темп поглощения вещества звездой оставляет место для молодого диска, питаемого, возможно, всего 300 000–600 000 лет, на хаотической ранней стадии.

Кольца на обоих концах жизни планет

Кольца, разделённые промежутками, — привычное зрелище в протопланетных дисках, где вокруг молодых звёзд рождаются планеты. Масштаб и центральная звезда здесь совсем иные. И всё же WD J1328−1450, пишут авторы, позволяет предположить, что похожие процессы могут формировать планетные системы как при их рождении, так и в самом конце.