952
Астрономи за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба дослідили так звані екстремальні дискові уламків навколо молодих зірок. Такі системи можуть бути аналогами ранньої Сонячної системи, коли зіткнення великих тіл, за гіпотезою гігантського удару, призвели до формування пари Земля–Місяць. Нове дослідження, описане на ресурсі Universe Today, дає змогу зазирнути в ті насильницькі етапи еволюції планетних систем.
Команда дослідників зі Space Science Institute (SSI), обсерваторії Конколі, центру MTA Centre of Excellence, обсерваторії Стюард, Місячної та планетної лабораторії (LPL) і кількох університетів використала архівні дані телескопів Spitzer і Джеймса Вебба. Результати оприлюднили в журналі The Astrophysical Journal.
Що таке екстремальні дискові уламків
На ранніх етапах зоряні системи оточені газо-пиловими протопланетними дисками, в яких формуються планети. З часом газ вичерпується, і система переходить у фазу класичного диска уламків, де вже домінують уламки й пил від зіткнень планетезималей та молодих планет.
Перед завершенням цієї еволюції існує коротка стадія — екстремальний диск уламків. Саме її вперше виявив ще у 2000-х роках інфрачервоний телескоп Spitzer. Такі диски містять велику кількість теплого пилу в зоні, співмірній з областю орбіт кам’янистих планет у нашій системі. Вони вважалися доволі незвичними й погано вивченими.
Нове дослідження із залученням Вебба показало, що подібні системи є не просто особливими, а ще й дуже рідкісними: поточні дані свідчать, що лише близько 1% молодих зір демонструють помітні ознаки екстремальних дисків уламків.
Вибірка з 21 системи і два типи пилу
З використанням архівних даних Spitzer та Вебба вчені зібрали вибірку з 21 екстремального диска: п’ять було відомо зі Spitzer, ще шістнадцять додали спостереження Вебба. Окрім того, команда ідентифікувала 12 нових дисків і виконала повторні вимірювання для чотирьох об’єктів, які раніше бачив Spitzer.
Аналіз спектрів показав, що серед цих систем вісім дисків є багатими на силікати, а 13 — силікатно-бідні. Силікатний склад є ключем до розуміння енергії зіткнень, що породжують пил.
Силікатно-насичені диски, за інтерпретацією дослідників, виникають унаслідок дуже енергійних ударів між тілами розміром із Марс, коли значна частина речовини буквально випаровується. Натомість силікатно-бідні диски, ймовірно, пов’язані з менш енергійними зіткненнями об’єктів, співмірних із Місяцем.
Команда також виявила вікову різницю: силікатно-багаті екстремальні диски спостерігають лише навколо зір молодших за 300 мільйонів років, тоді як силікатно-бідні зустрічаються в системах з набагато ширшим діапазоном віків.
Паралелі з історією Сонячної системи
Комп’ютерні моделі свідчать, що планети на кшталт Землі повинні формуватися в перші кількасот мільйонів років існування зоряної системи. Це добре узгоджується з віком силікатно-багатих екстремальних дисків із вибірки й з оцінками, які відносять формування системи Земля–Місяць приблизно на 100 мільйонів років після народження Сонця.
Ці моделі також припускають, що утворення Місяця могло бути наслідком зіткнення молодої Землі з тілом розміром із Марс, відомим як Фея (Theia). Спостереження Вебба та Spitzer демонструють, що подібні катастрофічні події можуть бути нормальними етапами еволюції інших систем.
Результати вказують і на те, що наше Сонце, ймовірно, пережило фазу силікатно-бідного екстремального диска кілька мільярдів років тому. Це співвідноситься з гіпотезою Пізнього важкого бомбардування: у цей період міграція газових гігантів могла порушити орбіти менших тіл, спричинивши численні зіткнення й пилові спалахи, подібні до тих, що спостерігаються нині в екстремальних дисках.
Роль Вебба і майбутні спостереження
За словами керівниці роботи Кейт Су (Kate Su) з SSI, лише зараз астрономи зібрали достатньо прикладів, щоб систематично описати цей підклас дисків уламків. До запуску Вебба даних було замало, а самі диски виглядали «дивними» порівняно з типовими холодними дисками на кшталт тих, що оточують Вегу чи Фомальгаут.
Нові інфрачервоні спостереження дозволяють пов’язати геометрію і склад пилу з масштабами зіткнень і стадіями формування планет. Водночас залишається чимало запитань: наскільки тривалими є ці пилові спалахи, як саме змінюються орбіти планет під час таких подій і які з цих процесів були характерні саме для Сонячної системи.
Дослідники очікують, що розширення вибірки допоможе відповісти на ці запитання. Окрім вже наявних архівних даних, у гру вступають нові спостереження Вебба, а також майбутні місії, зокрема космічний телескоп Nancy Grace Roman і затверджена інфрачервона місія PRIMA (PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics). Вони мають доповнити картину того, як зіткнення й міграція планет формують архітектуру молодих планетних систем.
Телескоп Джеймса Вебба виявив рідкісні екстремальні дискові уламків з’явилася спочатку на Цікавості.
