|
Ускоренный курс по столкновениям планет
|
|
|
|
Ученые предполагают, что в ранней истории нашей Солнечной системы объект размером с Марс под названием Тейя столкнулся с зарождающейся Землей, в результате чего огромное количество горных пород было выброшено в космос. Часть этого материала сформировала Луну, на которую в рамках программы NASA «Артемида» возвращаются люди, готовясь к полету на Марс и определяя будущее освоения космоса.
|
|
|
|
Это давнее и разрушительное столкновение изменило облик нашей родной планеты. Астрономы с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» изучили класс молодых звездных систем, в которых наблюдаются признаки подобных потрясений, и выяснили, сколько энергии высвобождается при их столкновениях. Полученные результаты дают представление о составе и эволюции этих хаотичных систем.
|
|
|
|
Окружающая звезду среда меняется по мере ее старения, начиная с молодого, богатого газом протопланетного диска, в котором могут формироваться планеты, и заканчивая бедным газом остаточным диском. За время своей работы космический телескоп «Спитцер», выведенный из эксплуатации NASA, исследовал остаточные диски и открыл их подкласс — экстремальные остаточные диски. В этих системах вблизи звезды находится необычно большое количество тёплой пыли в области, сопоставимой с той, где в нашей Солнечной системе вращаются каменистые планеты.
|
|
|
|
Группа астрономов под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере, штат Колорадо, изучила эти интригующие объекты с помощью телескопа «Джеймс Уэбб».
|
|
|
|
|
|
|
Вопреки теоретическим предсказаниям, согласно которым мы должны наблюдать множество экстремальных протопланетных дисков, наблюдения показывают, что такие объекты встречаются довольно редко. На основе собранных на данный момент данных учёные пришли к выводу, что лишь около 1 % молодых звёзд демонстрируют наблюдаемые признаки этой фазы. Возможно, наша Солнечная система прошла через эту фазу во время своего формирования. Несмотря на их редкость, учёным удалось собрать данные о 21 экстремальном протопланетном диске, в том числе о пяти из них по архивным данным телескопа «Спитцер» и 16 — по данным «Уэбба», а также о 12 новых дисках и о результатах последующих наблюдений за четырьмя дисками, изученными с помощью «Спитцера».
|
|
|
|
«Мы впервые собрали достаточно данных о системах, чтобы по-настоящему изучить этот подкласс, который мы называем экстремальными протопланетными дисками, — говорит Су, ведущий автор статьи. — До появления «Уэбба» у нас было мало информации. Мы знали, что они странные и сильно отличаются от типичных холодных протопланетных дисков, таких как диски Веги и Фомальгаута. Теперь, когда у нас больше данных, мы можем понять, какую роль эти диски играют в формировании и эволюции планет».
|
|
|
|
Команда подтвердила, что экстремальные диски обломков обладают тремя ключевыми характеристиками: более мелкие пылевые частицы, чем в протопланетных или классических дисках обломков, высокая концентрация тёплой пыли и нерегулярные колебания яркости, выявленные с помощью спектров в среднем инфракрасном диапазоне, полученных телескопами «Джеймс Уэбб» и «Спитцер».
|
|
|
|
Чтобы определить причину этих особенностей, команда изучила минералогический состав дисков. Они обнаружили, что их образцы можно разделить на две категории: с высоким и низким содержанием кремнезема. Один из примеров материала с высоким содержанием кремнезема на Земле — вулканическое стекло, например обсидиан, а минерал форстерит с низким содержанием кремнезема встречается в виде зёрен зелёного песка на некоторых пляжах Гавайев. Категория экстремального диска обломков даёт представление о типе столкновений, в результате которых образовались обломки, и может помочь объяснить колебания его инфракрасной яркости.
|
|
|
|
«Самым захватывающим для меня было увидеть их излучение в среднем инфракрасном диапазоне и прекрасные спектральные характеристики, которые позволили нам определить их состав с помощью телескопа "Джеймс Уэбб"», — сказала Агнес Кошпал из Обсерватории Конколи в Будапеште, Венгрия, и соавтор исследования. «У нас нет другого способа напрямую изучать эти протопланеты, потому что они слишком малы».
|
|
|
|
Около трети образцов содержат большое количество кремнезема, что указывает на то, что эти диски образовались в результате высокоэнергетических столкновений между телами размером с Марс, в ходе которых значительная часть материала испарялась. Остальные две трети образцов содержат мало кремнезема, что указывает на то, что столкновения происходили на меньших масштабах, например при касательных столкновениях между объектами размером с Луну. Диски с высоким содержанием кремнезема встречаются только вокруг звезд моложе 300 миллионов лет, в то время как диски с низким содержанием кремнезема существуют в широком диапазоне возрастов и часто демонстрируют большую изменчивость яркости. Исследователи предполагают, что эта изменчивость связана с быстрой эволюцией свежих обломков в результате изменения орбит и дополнительных столкновений.
|
|
|
|
Полученные результаты можно применить к нашей Солнечной системе, в которой, возможно, не раз возникали экстремальные протопланетные диски.
|
|
|
|
«То, как формировались каменистые планеты и эволюционировали планеты-гиганты, — это часть более масштабной истории формирования Солнечной системы. Это единая история, — говорит Су. — Наша работа по изучению экстремальных протопланетных дисков помогает нам составить общую картину того, что мы знаем на данный момент».
|
|
|
|
Моделирование показывает, что планеты земной группы, такие как Земля, должны сформироваться в течение первых нескольких сотен миллионов лет после образования Солнечной системы. Этот период соответствует возрасту наблюдаемых на данный момент богатых кремнеземом экстремальных дисков обломков и согласуется с предположением о том, что Земля и Луна сформировались примерно через 100 миллионов лет после образования Солнца, а Луна, вероятно, появилась в результате столкновения Земли с объектом размером с Марс.
|
|
|
|
Что касается того, проходило ли наше Солнце через фазу экстремального диска с низким содержанием кремнезема, то если более старые диски с низким содержанием кремнезема и их случайные периоды повышенной инфракрасной яркости действительно отражают орбитальную нестабильность, то это в целом согласуется с гипотезой о поздней тяжелой бомбардировке в нашей Солнечной системе. Согласно этой гипотезе, планеты-гиганты мигрировали на значительные расстояния, нарушая гравитационным воздействием орбиты более мелких тел и провоцируя катастрофические столкновения, которые приводили к возникновению короткоживущих, богатых пылью фаз, наблюдаемых в экстремальных дисках обломков.
|
|
|
|
«Конечно, мы еще многого не знаем об этих дисках, — говорит Аттила Мур из обсерватории Конколи, соавтор исследования. — Мы предполагаем, что среди более старых экстремальных дисков обломков не будет систем с высоким содержанием кремнезема. В нашей выборке всего три диска, которые соответствуют этому критерию возраста, так что было бы неплохо изучить больше таких систем, чтобы подтвердить нашу гипотезу».
|
|
|
|
Источник
|
