|
Рост звезд способствует образованию планет-гигантов
|
|
|
|
Звезды образуются в массивных облаках газа, называемых молекулярными облаками. По мере своего формирования они выделяют газ из этих облаков, и по мере вращения звезд газ и пыль скапливаются во вращающемся диске вокруг звезды, называемом протопланетным диском. Как ясно из названия, именно здесь планеты образуются путем аккреции материала с диска.
|
|
|
|
Это простое объяснение чрезвычайно сложного процесса, который является предметом постоянных исследований в астрономии. Десятилетия исследований подтвердили основную предпосылку о том, что звезды постепенно накапливают материал из этих дисков, при этом часть его "выдувается" излучением звезды, а часть образует планеты.
|
|
|
|
Со временем протопланетный диск рассеивается, звезда перестает аккрецировать и достигает своей конечной массы, а планеты прекращают формироваться.
|
|
|
|
Однако заглянуть в эти среды, чтобы понять, что происходит, довольно сложно. Весь процесс скрыт плотным слоем газа и пыли, и многое из того, что известно, частично основано на наблюдениях, а частично - на теории. Таким образом, это объяснение подходит не для всех звезд.
|
|
|
|
Это работает для звезд примерно того же размера, что и Солнце, но не для звезд средней массы. Когда астрономы наблюдают звезды средней массы с массой от 1,5 до 4 масс Солнца, они обнаруживают, что они наращивают массу быстрее, чем ожидалось.
|
|
|
|
|
|
|
Новое исследование показывает, что вместо того, чтобы уменьшать их аккрецию с возрастом, звезды средней массы на более поздних этапах своего формирования испытывают быстрые всплески роста. Как ни странно, это не препятствует образованию планет, а наоборот, способствует росту газовых гигантов, таких как Юпитер.
|
|
|
|
Исследование под названием "Эволюция скорости аккреции молодых звезд средней массы: влияние на эволюцию диска и формирование планет" опубликовано в журнале Astronomical Journal, а ведущим автором является Шон Бриттейн. Бриттен - профессор кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине.
|
|
|
|
"Как и люди, звезды, похоже, проходят через подростковый период, когда они запоем едят", - говорится в пресс-релизе Бриттен. - В более позднем возрасте они растут быстрее, чем мы ожидали".
|
|
|
|
Исследование сосредоточено на двух типах звезд: звездах T-типа Тельца средней массы и звездах Хербига. Звезды T-типа Тельца - это молодые звезды до главной последовательности, а звезды Хербига - это то, во что превращаются звезды T-типа Тельца. Звезды Хербига находятся ближе к главной последовательности, но все еще формируются и по-прежнему находятся в своих дисках. Они массивнее и горячее солнца.
|
|
|
|
"Эта работа представляет собой исследование эволюции скоростей звездной аккреции звезд средней массы, предшествующих главной последовательности", - пишут авторы в своей исследовательской статье. "Мы сравниваем скорость аккреции молодых звезд средней массы типа T Тельца (IMTTSs) с более старыми звездами Хербига, в которые они эволюционируют".
|
|
|
|
Поскольку звезды накапливают материал, они также излучают энергию, и это лежит в основе нового исследования. Измерение излучаемой энергии позволяет астрофизикам измерить скорость роста звезды.
|
|
|
|
"Когда материал падает на звезду, высвобождается много энергии. Точно так же, как когда вы роняете стул, он издает шум или даже разбивается. В случае срастания материала высвобождаемая энергия намного больше. Мы можем рассматривать это как дополнительное излучение, исходящее от системы, и это позволяет нам определить скорость увеличения массы звезд", - сказал Бриттен.
|
|
|
|
Наблюдая за звездами Хербига, исследователи увидели, что скорость их аккреции увеличивается с возрастом по мере приближения звезд к зрелости.
|
|
|
|
"Это означало, что диски, окружающие эти звезды, должны быть действительно очень массивными. Это создало бы проблему, потому что такие массивные диски были бы нестабильны и распадались бы еще до того, как планеты успели бы сформироваться", - сказал Рене Аудмейер, член команды из Королевской обсерватории Бельгии.
|
|
|
|
Может показаться, что массивные диски способствуют образованию планет, но на самом деле все наоборот. Когда масса диска примерно на 10% превышает массу звезды или больше, он становится нестабильным. Они могут быстро распадаться на скопления, препятствуя постепенному образованию планет в результате столкновений и аккреции.
|
|
|
|
Когда исследователи наблюдали за звездами IMTTSS, они обнаружили, что скорость их аккреции была более чем в 10 раз ниже, чем у их более развитых аналогов - звезд Хербига.
|
|
|
|
"Вместо более высоких скоростей аккреции мы обнаружили значения, которые были в 30 раз ниже, чем у звезд Хербига. В некотором смысле, это решило бы проблему массы, поскольку диск изначально не должен быть таким массивным", - сказала Гвендолин Миус (Gwendolyn Meeus) из Автономного университета Мадрида в Испании.
|
|
|
|
Таким образом, снижение скорости аккреции у стареющих звезд Хербига означает, что массивные диски нестабильны, а нестабильность препятствует образованию планет. Еще более низкие скорости аккреции для IMTSS, по-видимому, решают проблему массы, поскольку диск изначально может быть меньше и все же допускать образование газовых гигантов.
|
|
|
|
Но это создает еще одну проблему: старые звезды наращивают массу гораздо быстрее, чем их молодые коллеги. Теория предсказывает, что это не может быть правдой; по сути, это не имеет смысла. Почему звезда должна накапливать меньше массы, когда ее больше, и больше массы, когда ее меньше?
|
|
|
|
"Теория предсказывает, что звезды со временем накапливают меньше вещества, а не больше. Это новое открытие нуждается в объяснении, основанном на хорошо обоснованной физике, если мы хотим изменить наше нынешнее мышление", - сказал Бриттен.
|
|
|
|
Исследователи приступили к работе над моделью, которая могла бы объяснить это. Их модель показывает, что аккреция обусловлена некоторым количеством излучения от звезды - дальним ультрафиолетовым излучением (FUV).
|
|
|
|
"Мы выдвинули физически правдоподобный сценарий, который объясняет систематическое увеличение звездной аккреции, основанное на повышении эффективной температуры звезд по мере их эволюции к главной последовательности нулевого возраста", - пишут исследователи в своей статье.
|
|
|
|
Вот их решение: более развитые звезды Хербига горячее, чем их более молодые аналоги IMTTS, и это большее нагревание заставляет звезду излучать больше FUV. "Таким образом, яркость излучения в дальнем ультрафиолетовом диапазоне (FUV) возрастет на порядки. Мы предполагаем, что это увеличение приводит к более высокой скорости звездной аккреции", - объясняют авторы.
|
|
|
|
FUV ионизирует больше газа в диске, что приводит к большей аккреции на звезду. Это происходит из-за магнитовращательной нестабильности (МРТ), основной силы, которая приводит к аккреции на звезду.
|
|
|
|
Звезды окружены собственными магнитными полями, и нейтральный газ плохо взаимодействует с ними. Но ионизированный газ взаимодействует. Он реагирует на силовые линии магнитного поля вокруг звезд. Когда газ становится сильно ионизированным, это фактически создает турбулентность в силовых линиях магнитного поля звезды. Турбулентность переносит угловой момент за пределы диска.
|
|
|
|
Это означает, что внутренние области диска имеют меньший угловой момент, и это позволяет звезде накапливать вещество быстрее.
|
|
|
|
Это, по-видимому, решает проблему формирования планет-гигантов вокруг звезд средней массы. Повышенная температура звезд Хербига приводит к быстрой аккреции, и более массивный диск не требуется.
|
|
|
|
"Понимание того, что более горячие звезды излучают больше ультрафиолетового излучения, чем более холодные, известно уже более 100 лет, и ожидания того, что ионизация диска играет важную роль в процессе аккреции, существуют уже несколько десятилетий", - сказал Бриттен.
|
|
|
|
"Эта работа олицетворяет собой эстафету научного прогресса, основанную на этих основных идеях и показывающую, что эти системы действительно имеют неожиданный поздний всплеск роста".
|
|
|
|
Эти результаты также согласуются с современными наблюдениями звезд Хербига. Наблюдения с помощью ALMA и прибора SPHERE на Очень большом телескопе показали, что в их дисках преобладают спиральные рукава. Для этих спиральных структур выдвигались различные объяснения, включая гравитационные волны или возмущения, вызванные спутниками, такими как коричневые карлики, звезды-компаньоны или планеты. Но у их менее развитых аналогов из IMTTS их нет.
|
|
|
|
В заключении своей исследовательской статьи авторы пишут, что "...спиральная структура среди звезд Хербига, скорее всего, является признаком образования газовых планет-гигантов".
|
|
|
|
"Наконец, наша модель допускает, что диски с массой, достаточной для формирования планет вокруг звезд Хербига, могут сохраняться в течение нескольких миллионов лет, даже при высоких темпах аккреции, наблюдаемых в этом эволюционном состоянии, что обеспечивает время для формирования газовых планет-гигантов в этих системах", - заключают они.
|
|
|
|
Источник
|
