|
Аномальное распределение пыли и газа в протопланетном диске HD 163296
|
|
|
|
Астрономы нашли объяснение аномальным свойствам распределений пыли и газа в протопланетном диске звезды HD 163296, которые противоречили изначальным теоретическим оценкам. Моделирование позволило качественно и количественно воссоздать наблюдаемую картину, учтя столкновения небольших тел — планетезималей — и гравитационное влияние, которое на них оказывают формирующиеся планеты-гиганты, пишут ученые в статье в The Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Планеты и другие небольшие тела звездных систем формируются в протопланетных дисках из газа и пыли, окружающих молодые звезды. Основным источником материала для роста планет является пыль, то есть микроскопические твердые частицы. Теория предсказывает, что по мере роста планет концентрация пыли должна снижаться.
|
|
|
Новый этап детальных исследований формирующихся планетных систем стал возможен благодаря телескопу ALMA. С его помощью астрономы смогли выяснить структуры дисков у многих звезд, выделив в них кольца, провалы и спиральные узоры. Расчеты показывают, что они связаны с присутствием формирующихся планет, которые после достижения достаточной массы начинают значительно влиять на движение окружающих частиц.
|
|
|
|
Одной из таких систем является HD 163296, в центре которой расположена звезда в два раза больше Солнца и возрастом около 5 миллионов лет. Вокруг нее расположен массивный диск (около 10 процентов массы Солнца), простирающийся до 500 астрономических единиц, то есть примерно в два раза дальше внешнего края пояса Койпера в Солнечной системе. Распределение промежутков в диске говорит о формировании по крайней мере трех планет-гигантов, которые по массе больше, чем два Нептуна, но меньше Юпитера.
|
|
|
|
Новые наблюдения на телескопе ALMA показали, что в системе по-прежнему присутствует значительное количество пыли, масса которой превышает 300 земных. В то же время, учитывая заметный возраст диска и наличие трех планет, ученые не ожидали увидеть так много пыли. Более того, теория предсказывает, что этот компонент диска должен постепенно смещаться ближе к звезде, но это движение должно останавливаться при приближении к орбите крупной планеты.
|
|
|
|
Наблюдения показали, что пыль не только находится между орбитами первой и второй планеты, но и наблюдается внутри орбиты самой близкой к звезде планеты, где астрономы вовсе не ожидали ее заметить. Астрофизики под руководством Диего Туррини (Diego Turrini) из Национального института астрофизики в Италии попытались объяснить эти аномалии с учетом планетезималей, которые обычно не принимают во внимание.
|
|
|
|
«Из исследований нашей собственной Солнечной системы мы знаем, что проэволюционировавшие околозвездные диски, такие как у HD 163296, состоят не только из газа и пыли, но и из невидимой популяции небольших тел, подобных нашим астероидам и кометам, — говорит Туррини. — Мы также знаем, что возникновение планет-гигантов воздействует на эти планетезимали путем создания в их динамической эволюции короткого, но мощного возмущения. Несмотря на непродолжительность по сравнению с временем жизни планетной системы, длительность этого эффекта может быть сравнима с временем существования околозвездного диска».
|
|
|
|
Астрономы провели ряд численных моделирований поведения тел с различными свойствами в данной системе. Рост планет ожидаемо привел к хаотизации движения меньших объектов, выбрасывая их на орбиты с большими наклонениями и эксцентриситетами, подобно кометам в Солнечной системе. Основным результатом этого возмущения стала увеличившаяся примерно в сто раз частота столкновений планетезималей на высокой скорости. Такие соударения начали разрушать объекты и приводить к появлению вторичной пыли, распределение которой, однако, отличалось от первоначального. В частности, основными местами появления оказались кольцо между первой и второй планетой, а также область внутри орбиты первой планеты, то есть как раз те места, где обсерватория ALMA заметила аномальные концентрации пыли.
|
|
|
|
Созданная модель позволяет также сделать ряд выводов о не связанных с пылью процессах в системе. В частности, столкновения планетезималей должны локально нагревать вещество и приводить к появлению спектральных сигналов соединений, которые в отсутствие возмущения находились бы в замороженном виде и не создавали заметного сигнала. К таким веществам относятся вода и угарный газ, которые действительно находили вне их снеговых линий в данной системе.
|
|
|
|
Еще одним эффектом является нагрев газа движение планетезималей, так как взаимодействие с другими объектами может придать им сверхзвуковые скорости. В результате вещество на значительном отдалении от плоскости диска оказывается нагретым, что также была отмечено в наблюдениях по уширению линий излучения угарного газа.
|
|
|
|
Современные телескопы позволяют разлядеть протопланетные диски у многих молодых звезд, которые оказываются разной структуры и форм. В частности, ALMA недавно обнаружила протопланетный диск у только что родившейся звезды. Околозвездные диски могут быть интересны не только в контексте астрономии, но и для фундаментальной физики — теоретики предложили с их помощью искать гипотетических сверхлегкие частицы аксионы.
|
|
|
|
Источник
|
