|
Характерные признаки астероидов и комет в экзосистемах
|
|
|
|
Наблюдения с помощью прибора SPHERE на очень большом телескопе ESO позволили получить беспрецедентную галерею "дисков космического мусора" в экзопланетных системах. Гаэль Шовен (Институт астрономии Макса Планка), научный сотрудник проекта SPHERE и соавтор статьи, в которой публикуются результаты, говорит: "Этот набор данных является астрономическим сокровищем. Это дает исключительное представление о свойствах дисков космического мусора и позволяет сделать выводы о наличии в этих системах более мелких тел, таких как астероиды и кометы, которые невозможно наблюдать непосредственно". Исследование опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics.
|
|
|
|
В нашей солнечной системе, если отвлечься от Солнца, других планет и карликовых планет, таких как Плутон, можно увидеть множество более мелких ("минорных") тел. Особый интерес представляют более крупные малые тела диаметром от километра до нескольких сотен километров. Мы называем эти объекты кометами, если они (по крайней мере, время от времени) демонстрируют потерю газа и пыли, образуя характерные видимые структуры, такие как хвост, и астероидами, если они этого не делают.
|
|
|
|
Малые тела дают представление о ранней истории Солнечной системы: в эволюции от пылинок до планет в натуральную величину небольшие тела, называемые планетезималями, являются переходным этапом, а астероиды и кометы являются остатками этого этапа - планетезималями, которым не удалось развиться в более крупные планеты. Малые тела - это (в некоторой степени) модифицированные остатки строительного материала для планет, подобных нашей Земле.
|
|
|
|
|
|
|
Малые тела вращаются вокруг звезд, отличных от Солнца?
|
|
|
|
К настоящему времени астрономы обнаружили более 6000 экзопланет (то есть планет, вращающихся вокруг звезд, отличных от Солнца), что дает нам гораздо лучшее представление о разнообразии планет и о месте нашей солнечной системы среди этого многочисленного населения.
|
|
|
|
Однако получение реальных изображений таких планет представляет собой серьезную проблему. На данный момент астрономам удалось сфотографировать менее 100 экзопланет, и даже планеты-гиганты на таких снимках выглядят не более чем бесструктурными маленькими каплями.
|
|
|
|
"Найти какие-либо прямые указания на малые тела в отдаленной планетной системе по изображениям кажется совершенно невозможным. Другие косвенные методы, используемые для обнаружения экзопланет, также не помогают", - говорит доктор Жюльен Милли, астроном из Университета Гренобль-Альпы и соавтор исследования.
|
|
|
|
По иронии судьбы, решение может быть найдено из материала, который на порядки меньше. В частности, в более молодых планетных системах планетезимали будут регулярно сталкиваться — иногда для того, чтобы слиться в более крупное тело, иногда для того, чтобы разойтись в разные стороны. Эти столкновения создают большое количество новой пыли, и, как оказалось, при наличии подходящих приборов пыль можно наблюдать на больших расстояниях.
|
|
|
|
Всякий раз, когда вы делите объект на более мелкие компоненты, общий объем остается неизменным, но общая площадь поверхности увеличивается. Разделите астероид диаметром в один километр на пылинки диаметром в один микрометр (= миллионная доля метра), и вы увеличите общую поверхность в миллиард раз. Во многом именно поэтому можно наблюдать диски обломков вокруг молодых звезд благодаря отражаемому ими звездному свету. Наблюдая за пылью, вы сможете получить информацию о малых телах планетной системы.
|
|
|
|
Наблюдая диски обломков
|
|
|
|
Со временем такой диск из обломков исчезнет. Столкновения станут менее частыми. Пыль будет выдуваться из системы под действием радиационного давления, улавливаться планетезималями или планетами или оседать в центральной звезде.
|
|
|
|
Наша собственная солнечная система является примером того, что остается по прошествии миллиардов лет: в данном случае остаются два планетезимальных пояса, а именно пояс астероидов между Марсом и Юпитером и скопление комет за пределами орбит планет-гигантов в так называемом поясе Койпера. В основном орбитальном светиле нашей Солнечной системы также присутствует пыль, известная как зодиакальная пыль. При очень темном небе вы сможете увидеть невооруженным глазом свет, отраженный этой пылью, вскоре после захода солнца или незадолго до захода солнца, так называемый зодиакальный свет.
|
|
|
|
Такую конфигурацию было бы трудно обнаружить инопланетным астрономам, изучающим нашу солнечную систему издалека. Но, как показало настоящее исследование, с помощью лучших современных телескопов и инструментов для не слишком удаленных систем пыль должна быть видна примерно в течение первых 50 миллионов лет существования диска обломков.
|
|
|
|
Это не значит, что такие наблюдения не представляют собой серьезной технической проблемы: визуализировать диск космического мусора - все равно что сфотографировать облачко сигаретного дыма, но дым парит рядом с ярким прожектором стадиона, и вы пытаетесь сделать снимок с расстояния в несколько километров. Именно здесь подходящая аппаратура играет решающую роль, и именно здесь инструмент SPHERE, который начал работать на одном из очень больших телескопов ESO (VLT) весной 2014 года, превосходит все остальные.
|
|
Блокирование звездного света
|
|
|
|
В основе SPHERE лежит очень простая концепция. Если в повседневной жизни мы хотим на что-то посмотреть, а солнце на заднем плане мешает нам это сделать, мы поднимаем руку, чтобы заслониться от солнечного света. Когда SPHERE наблюдает экзопланету или диск космического мусора, она использует коронограф, чтобы заблокировать свет звезды — по сути, в оптический канал вставляется небольшой диск, который удаляет большую часть звездного света перед получением изображения. Загвоздка в том, что если изображение не будет очень точным и стабильным, этот простой рецепт не сможет сработать на практике.
|
|
|
|
Чтобы соответствовать строгим требованиям, SPHERE использует экстремальную версию адаптивной оптики, в которой неизбежные возмущения, вызванные прохождением света через атмосферу Земли, анализируются и в значительной степени компенсируются в режиме реального времени с помощью деформируемого зеркала. Другая, дополнительная часть SPHERE, отфильтровывает свет с особыми свойствами ("поляризованный свет"), которые характерны для света, отраженного чем-то вроде частиц пыли, в отличие от звездного света, что позволяет получать особенно чувствительные изображения диска космического мусора.
|
|
Беспрецедентная галерея изображений диска космического мусора
|
|
|
|
В новой публикации представлена беспрецедентная коллекция изображений дисков космического мусора, полученных с помощью SPHERE из звездного света, отраженного мелкими частицами пыли в этих системах.
|
|
|
|
"Чтобы получить эту коллекцию, мы обработали данные наблюдений за 161 близлежащей молодой звездой, инфракрасное излучение которой убедительно указывает на наличие диска обломков", - говорит Наталья Энглер (ETH Zurich), ведущий автор исследования. "Полученные изображения показывают 51 обломочный диск с различными свойствами — некоторые из них меньше, некоторые больше, некоторые видны сбоку, а некоторые почти вплотную друг к другу - и значительное разнообразие структур дисков. Четыре диска никогда ранее не были сфотографированы".
|
|
|
|
Сравнения в рамках более крупной выборки имеют решающее значение для выявления систематики, лежащей в основе свойств объектов. В данном случае анализ 51 диска космического мусора и входящих в него звезд подтвердил несколько систематических тенденций: когда молодая звезда более массивна, ее диск космического мусора также имеет тенденцию к увеличению массы. То же самое верно и для дисков обломков, где большая часть материала расположена на большем расстоянии от центральной звезды.
|
|
Поиск поясов астероидов и Койпера в других системах
|
|
|
|
Возможно, наиболее интересной особенностью сферических обломков дисков являются структуры внутри самих дисков. На многих изображениях диски имеют концентрическую кольцевую или ленточную структуру, причем материал диска преимущественно находится на определенных расстояниях от центральной звезды. Распределение малых тел в нашей собственной Солнечной системе имеет схожую структуру: малые тела сосредоточены в поясе астероидов (asteroids) и поясе Койпера (comets).
|
|
|
|
Все эти поясные структуры, по-видимому, связаны с присутствием планет, в частности планет-гигантов, которые очищают свои окрестности от более мелких тел. Некоторые из планет-гигантов уже наблюдались. На некоторых изображениях СФЕРЫ такие особенности, как острые внутренние края или асимметрия диска, дают дразнящие намеки на наличие пока еще ненаблюдаемых планет.
|
|
|
|
Таким образом, коллекция дисков SPHERE ставит интересные задачи для будущих наблюдений: JWST, или Чрезвычайно большой телескоп (ELT), который в настоящее время строится ESO, должен позволить астрономам получать изображения планет, образующих эти структуры.
|
|
|
|
Источник
|
