|
Астрономы взвешивают и датируют планеты вокруг молодых звезд
|
|
|
|
Небольшие «ураганы», формирующиеся в газовых и пылевых дисках вокруг молодых звезд, можно использовать для изучения определенных аспектов формирования планет, даже для меньших планет, которые вращаются вокруг своей звезды на больших расстояниях и недоступны для большинства телескопов. Исследователи из Кембриджского университета и Института перспективных исследований разработали методику, в которой наблюдения за этими «ураганами» с помощью Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) позволяют наложить некоторые ограничения на массу и возраст планет в молодой галактике. звездная система.
|
|
|
|
Блиноподобные облака газа, пыли и льда, окружающие молодые звезды, известные как протопланетные диски, — это то место, где начинается процесс формирования планет. Благодаря процессу, известному как аккреция ядра, гравитация заставляет частицы в диске прилипать друг к другу, в конечном итоге образуя более крупные твердые тела, такие как астероиды или планеты. По мере формирования молодых планет они начинают проделывать промежутки в протопланетном диске, как канавки на виниловой пластинке. Даже относительно небольшая планета — по некоторым недавним расчетам, равная одной десятой массы Юпитера — может создавать такие щели. Поскольку эти «супернептуновые» планеты могут вращаться вокруг своей звезды на расстоянии большем, чем Плутон вращается вокруг Солнца, традиционные методы обнаружения экзопланет не могут быть использованы.
|
|
|
Помимо канавок, наблюдения с ALMA показали другие отчетливые структуры в протопланетных дисках, такие как дуги и скопления в форме банана или арахиса. Считалось, что по крайней мере некоторые из этих структур также приводились в движение планетами. «Что-то должно вызывать образование этих структур», — сказал ведущий автор профессор Роман Рафиков из Кембриджского отделения прикладной математики и теоретической физики и Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. «Один из возможных механизмов образования этих структур — и, безусловно, самый интригующий — заключается в том, что частицы пыли, которые мы видим в виде дуг и сгустков, концентрируются в центрах вихрей жидкости: по сути, небольших ураганов, которые могут быть вызваны определенной нестабильностью на края промежутков, вырезанных планетами в протопланетных дисках».
|
|
|
|
Работая со своей докторской степенью. студент Николас Цимерман, Рафиков использовал эту интерпретацию для разработки метода ограничения массы или возраста планеты, если в протопланетном диске наблюдается вихрь. Их результаты были приняты для публикации в двух отдельных статьях в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. «Чрезвычайно сложно изучать меньшие планеты, которые находятся далеко от своей звезды, напрямую визуализируя их: это все равно, что пытаться разглядеть светлячка перед маяком», — сказал Рафиков. «Нам нужны другие, разные методы, чтобы узнать об этих планетах».
|
|
|
|
Чтобы разработать свой метод, два исследователя сначала теоретически рассчитали время, необходимое для создания вихря в диске планетой. Затем они использовали эти расчеты для ограничения свойств планет в дисках с вихрями, в основном устанавливая более низкие ограничения на массу или возраст планеты. Они называют эти методы «вихревым взвешиванием» и «вихревым датированием» планет. Когда растущая планета становится достаточно массивной, она начинает выталкивать материал из диска, создавая контрольный разрыв в диске. Когда это происходит, материал снаружи зазора становится более плотным, чем материал внутри зазора. По мере того, как зазор становится глубже и различия в плотности становятся большими, может возникнуть нестабильность. Эта нестабильность возмущает диск и в конечном итоге может создать вихрь.
|
|
|
|
«Со временем несколько вихрей могут сливаться вместе, превращаясь в одну большую структуру, похожую на дуги, которые мы наблюдали с помощью ALMA», — сказал Саймерман. Поскольку вихрям нужно время для формирования, исследователи говорят, что их метод подобен часам, которые могут помочь определить массу и возраст планеты. «Более массивные планеты производят вихри на более ранних этапах своего развития из-за их более сильной гравитации, поэтому мы можем использовать вихри, чтобы наложить некоторые ограничения на массу планеты, даже если мы не можем видеть планету напрямую», — сказал Рафиков.
|
|
|
|
Используя различные точки данных, такие как спектры, светимость и движение, астрономы могут определить приблизительный возраст звезды. С помощью этой информации исследователи из Кембриджа рассчитали наименьшую возможную массу планеты, которая могла бы находиться на орбите вокруг звезды с момента образования протопланетного диска и могла создать вихрь, который мог наблюдать ALMA. Это помогло им установить нижний предел массы планеты, не наблюдая ее напрямую. Применив этот метод к нескольким известным протопланетным дискам с выступающими дугами, напоминающими вихри, исследователи обнаружили, что предполагаемые планеты, создающие эти вихри, должны иметь массы, по крайней мере, в несколько десятков масс Земли в диапазоне супер-Нептуна.
|
|
|
|
«В своей повседневной работе я часто сосредотачиваюсь на технических аспектах моделирования», — сказал Саймерман. «Это здорово, когда вещи собираются вместе, и мы можем использовать наши теоретические открытия, чтобы узнать что-то о реальных системах». «Наши ограничения могут быть объединены с ограничениями, обеспечиваемыми другими методами, чтобы улучшить наше понимание планетарных характеристик и путей формирования планет в этих системах», — сказал Рафиков. «Изучая формирование планет в других звездных системах, мы можем узнать больше о том, как развивалась наша собственная Солнечная система».
|
|
|
|
Источник
|
