|
Звезды и планеты связаны друг с другом
|
|
|
|
Звезды и планеты неразрывно связаны. Они формируются вместе, и звезды определяют судьбу планет. Звезды создают пылевые протопланетные диски, которые дают начало планетам всех видов. А когда звезда умирает, планеты либо разлетаются на части, проглатываются, либо обречены провести вечность в холоде и тьме.
|
|
|
|
В этом выпуске затрагивается фундаментальный вопрос: как именно рождение, жизнь и смерть звезды влияют на планеты? Если мы сможем понять это, мы сможем понять, как сформировалась Земля и как она встретит свой конец. В более широком смысле, мы поймем рождение, жизнь и смерть экзопланет.
|
|
|
|
В новой технической книге рассматривается этот вопрос и излагаются стратегии наблюдений, необходимые для более глубокого понимания. Она называется "Связь эволюции звезд и формирования планет: от рождения до выживших наиболее приспособленных и второго поколения планет" и была представлена в рамках инициативы ESO "Расширяем горизонты". Ведущим автором является Akke Corporaal из Европейской южной обсерватории, и он доступен на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
"Звезды и планеты формируются, живут и эволюционируют в унисон", - пишут авторы. "На протяжении всей жизни звезды пыльные околозвездные диски и звездные потоки влияют на дальнейшую эволюцию как звезды (звездочек), так и планеты (планет), вращающейся вокруг них".
|
|
|
|
|
|
|
Механика пыли играет огромную роль в жизни планет. Это включает в себя то, как пыль перемещается по протопланетному диску при формировании планет. Это также включает в себя то, как пыль перемещается по мере удаления звезд от главной последовательности. В таких условиях звезды раздуваются и испускают мощные ветры, которые формируют пыль в их окружении. Сюда входят ветры, исходящие от звезд ветви красных гигантов (RGB) и асимптотической ветви гигантов (AGB). Сюда также входят диски после RGB и после AGB.
|
|
|
|
"Физические процессы, происходящие на каждом из этих этапов, определяют, как формировалась, развивается и в конечном итоге погибнет Солнечная система, а также экзопланетные системы", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Десятилетия назад астрономы могли только гадать о типах телескопов, которые работают сегодня. Мы знаем о далеких солнечных системах — и о нашей собственной — больше, чем могли себе представить прежние астрономы.
|
|
|
|
Астрономия добилась больших успехов в изучении звезд, планет и пылевой среды, которая скрывает детали их взаимоотношений. ALMA предоставила нам изображения десятков протопланетных дисков. JWST использовал свое инфракрасное зрение, проникающее сквозь пыль, чтобы выявить новые структуры в этих дисках, включая кольца и спиральные рукава вокруг некоторых звезд.
|
|
|
|
Но даже при всем этом прогрессе и появлении новых возможностей в Сети, способствующих дальнейшему прогрессу, важные детали скрыты и останутся скрытыми навсегда. "Несмотря на эти ожидаемые достижения, существующие и планируемые объекты будут оставаться недоступными для ключевых областей обработки пыли, включая формирование планет и эволюцию в пыльной среде на диаграмме Герцшпрунга-Рассела", - пишут авторы. Такие явления, как рост пылевых частиц, скопление пыли и взаимодействие между планетами и их пыльной средой обитания, находятся за пределами пространственного разрешения и досягаемости существующих и планируемых объектов.
|
|
|
|
Рост частиц пыли важен, поскольку он является связующим звеном между газообразными звездами и каменистыми планетами. Пылевые диски могут быть плотной средой, в которой частицы пыли сталкиваются и слипаются. В конечном итоге они достигают размеров гальки, что создает проблему. Они испытывают радиальный дрейф, когда сопротивление газа в диске притягивает гальку обратно к звезде. Но галька может собираться в комки в зонах высокого давления на диске, что помогает ей преодолевать сопротивление газа и радиальный дрейф. Понимание того, как именно это происходит, необходимо для понимания взаимосвязей между звездами, пылью и планетами.
|
|
|
|
"Картографирование кинематики и образования пыли в неразрешимых на данный момент масштабах вблизи звезды-хозяина имеет решающее значение для нашего понимания физики пыли и, следовательно, для формирования и эволюции звезд и планет", - пишут авторы.
|
|
|
|
Пыль также действует как термостат в пылевом диске. Частицы пыли поглощают ультрафиолетовый и видимый свет звезд, а затем повторно излучают его в инфракрасном диапазоне, изменяя температуру диска. По мере увеличения размеров частиц пыли их характеристики меняются. Они по-разному затеняют и нагревают диск, что приводит к смещению линии замерзания. Это оказывает огромное влияние на то, какие типы планет могут образовываться и где они могут образовываться. Кроме того, частицы пыли являются местом образования воды и органических веществ, которые в конечном итоге участвуют в формировании планет.
|
|
|
|
Пыль важна не только при формировании солнечной системы. На более поздних этапах эволюции, когда звезды достигают стадии RGB/AGB, пыль играет еще одну роль. Красные гиганты вызывают сильные звездные ветры, которые могут привести к образованию еще одного пылевого диска. Возможно, что в этих дисках могут образоваться другие планеты.
|
|
|
|
Чтобы глубже изучить взаимосвязь между звездами, пылью и планетами, авторы предлагают использовать интерферометр ближнего и среднего инфракрасного диапазонов (MIR). Он будет иметь угловое разрешение около 0,1 мас (миллиарды угловых секунд). Сравните это с 0,07 угловой секунды у JWST. Фактически, предлагаемый интерферометр будет иметь пятикратное увеличение углового разрешения, что будет лучше, чем у матриц VLTI и CHARA, которые, по словам авторов, являются нашими "самыми острыми глазами на небе".
|
|
|
|
"Визуализация самых внутренних областей (0,01-10 а.е.) планетарных дисков и дисков после RGB/после AGB в масштабе 0,1 млн позволила бы нам проверить и уточнить наше понимание формирования макроструктуры и взаимодействия планеты и диска", - объясняют авторы. К сожалению, ключевые структуры во внутренних дисках в настоящее время неразрешимы, даже для ближайших планетообразующих дисков, которые находятся всего в 500 световых годах от нас. Важнейшим аспектом будущих наблюдений является выявление пылевых структур в масштабах, которые в настоящее время недоступны.
|
|
|
|
Авторы наметили, как должен выглядеть будущий прогресс. В 2030-х годах такие инструменты, как Чрезвычайно большой телескоп и VLT, могут быть использованы для поиска близких экзопланет, то есть экзопланет, не сильно удаленных от своих звезд. Эта запыленная среда имеет решающее значение для понимания взаимосвязи между звездами, пылью и планетами. В 2040-х годах предлагаемый инфракрасный интерферометр позволит еще глубже изучить эту среду.
|
|
|
|
Существует множество открытых вопросов, требующих ответов.
|
|
|
|
"В частности, неясно, как мы можем связать фазы RGB, AGB и после RGB/AGB с точки зрения физики пыли, диска и оттока, а также как формируются и эволюционируют планетные системы в таких пыльных средах", - пишут авторы.
|
|
|
|
Источник
|
