Оказалось, что планеты получаются массивнее дисков материи, из которых возникают

Как если бы автомобиль получился в два раза тяжелее стали, из которой его сделали, экзопланеты получаются куда как более массивными, чем материал, из которого они возникают. Новое открытие угрожает принятым теориям появления планет

Давным-давно зажглась звезда, известная нам, как Солнце. Оно не поглотило весь материал, доступный в породившем его облаке; оставшийся газ и пыль крутились вокруг него, как пачка балерины. Пыльные остатки начали скапливаться в некоторых местах, формируя крупные каменистые объекты. Спустя миллионы лет остатки превратились в восемь известных планет, а несколько крошек осталось в поясе астероидов и в далёком поясе Койпера.

Нечто похожее случилось вокруг бесчисленного множества других солнц, у большей части которых, по современным представлениям, есть свои планеты. Астрономы пытаются выяснить, как происходит процесс формирования планет, сколько он занимает – в частности, они подсчитывают количество материала, существующего в планетах сейчас, и сколько материала должно было находиться в дисках, из которых они появились. Однако космическая бухгалтерия не сходится.

В новой работе делается предположение, что процесс формирования планет может оказаться за пределами нашего понимания. В каждой очередной исследованной системе планеты оказываются гораздо больше крупнейших юбок-пачек, найденных у звёзд. Казалось бы, это противоречит математике, или, по крайней мере, здравому смыслу; планеты не должны быть крупнее вещества, из которого они состоят.

Авторы новой работы решили сравнить массы сотен экзопланет и протопланетных дисков, в которых формируются новорожденные планеты. Они сравнивали каталоги планет и измерения дисков, составленные мощнейшими радиотелескопами мира, и обнаружили, что массы планет серьёзно превышают массы дисков.

Авторы предполагают два варианта объяснения происходящего: в дисках может содержаться невидимый нам материал, или же диски каким-то образом пополняются материалом для изготовления планет, приходящим извне. Любой вариант будет противоречить современной парадигме возникновения планет.

Лучший телескоп для изучения пыли и газа в протопланетных дисках – Атакамская большая антенная решётка миллиметрового диапазона, ALMA, кучка радиоантенн, расположенных в высокогорной пустыне в Чили. У телескопа есть необычная способность: он может видеть объекты диаметром порядка миллиметра, а все объекты крупнее гальки для него невидимы. Возможно, поэтому диски кажутся такими маленькими в новом исследовании. Если планеты, или хотя бы их ядро, формируется раньше, чем мы думаем, они могут прятать массу диска от глаз ALMA.

“Если ядра планет формируются очень, очень быстро, меньше, чем за миллион лет, – сказал Карло Манара, астроном из Южноевропейской обсерватории в Гархинг-бай-Мюнхене, Германия, руководивший исследованием, – в них можно запихать большую массу, и сформировать строительные блоки планет на ранних этапах”. Масса при этом не исчезнет, мы просто её не заметим.


Карло Манара, астроном из Южноевропейской обсерватории

Многие годы астрономы представляли, что планеты формируются при медленном столкновении крупных объектов, которые плавятся и повторно собираются во что-то новое. Но этот процесс занимает долгое время. К примеру, нам известно, что на формирование Земли потребовалось несколько миллионов лет.

Но всё чаще астрономы начинают думать о разумности предположения о появлении планет за миллион лет, как говорит Константин Батыгин, астрофизик из Калифорнийского технологического института, изучающий формирование планет, и не участвовавший в написании обсуждаемой работы.

“Это не абсурдно быстро для такого процесса, тут нет каких-то библейских масштабов. Это не семь дней, и не шесть тысяч лет. Это миллион лет, – сказал он. – За миллион оборотов по орбите может случиться очень много всего”.

Объяснение явления предлагает относительно новая теория, известная, как галечная аккреция. Согласно ей, много частиц крохотной гальки и пылинок захватываются более крупными объектами, исходя из чего планеты могут расти быстрее, чем если бы они прирастали понемногу. Батыгин сказал, что большая часть исследований по формированию планет уже склоняется к подобному варианту, и новое исследование Манары указывает в том же направлении.

Кроме того, молодая звезда HL Тельца предлагает убедительные косвенные доказательства того, что всё так и происходит. У HL Тельца есть протопланетный диск, окружённый множеством концентрических колец. Многие астрономы считают, что эти кольца вырезаны планетами. В таком случае планеты должны формироваться очень быстро, поскольку звезде пока всего лишь 100 000 лет.

Оплатите подписку, и реклама отключится

“Это очень важно, поскольку даёт более интересное описание процесса формирования планет”, – сказал Батыгин.

Но Манара не уверен, что быстрое формирование планет решает эту загадку. Он предлагает ещё одну необычную возможность: звёзды могут притягивать материал, находящийся далеко за пределами их собственных дисков, замешивая в них новые ингредиенты.

Звезда рождается внутри рассеянной туманности, молекулярного облака. Но она не использует весь материал облака. Есть возможность, что его остатки находятся рядом с ней достаточно долго для того, чтобы их могли использовать планеты. Это похоже на приготовление теста для макарон, когда вы понемногу добавляете муку к влажному центру, в основном состоящему из яиц. Если это так, то общее количество материала, доступного для формирования планет, превышает всё, что ALMA или любой астроном могут увидеть на заданном снимке.


Пыльный диск, вращающийся вокруг HL Тельца, демонстрирует набор ярких колец. Астрономы считают, что разрывы между кольцами вырезаны зарождающимися планетами.

И вновь можно взять HL Тельца как пример. В опубликованном в прошлом году исследовании, Си-Вей Йен из Южноевропейской обсерватории с коллегами описали две газовых дуги, соединённых с центральным диском HL Тельца. В одной из них поток материи движется в сторону Земли, а другая протянулась в противоположную сторону. Авторы не смогли различить, движется ли по ней газ внутрь или наружу, но её наличие говорит о возможности одного из этих вариантов.

Батыгин говорит, что идея с наполнением облака материей имеет смысл. “Звёзды рождаются в скоплениях; они не формируются в одиночестве. Однако много теорий формирования планет разрабатываются именно так – будто звёзды изолированы от космического окружения, – сказал Батыгин. – Но обычно окружение мест, где формируются звёзды, очень динамичное. Там постоянно рождаются молодые массивные звёзды, и взрываются сверхновые. Всё это происходит”. В таких динамичных окружениях вполне возможно засасывание пыли и газа внутрь протопланетного диска.

“Если дисковое кольцо может помочь повторно использовать часть этого материала и поместить его обратно в диск, это очень усилит формирование планет”, – сказал Руобин Дон, астроном из Университета Виктории.

Другие исследователи утверждают, что загадка массы диска происходит от неправильных измерений. ALMA – это радиоинтерферометр, что означает, что множество радиоантенн одновременно наблюдают свет с очень большой длиной волны. Это позволяет телескопу наблюдать мелкие частицы, например, пыль, окружающую молодую звезду. Но астрономам приходится делать некие предположения об их наблюдениях, чтобы вычислить массу объекта. Возможно, они ошибаются, и пыли существует больше, чем видит ALMA.

Манара признаёт такую возможность, но говорит, что даже если бы измерения были очень неточными, это бы всё равно не объяснило несоответствие. “Я думаю, что обе возможности, на которых мы в итоге остановились, могут оказаться частично правильными, – сказал он. – Важные вещи [на этапе формирования] происходят на очень ранних этапах, и этому помогает состояние окружения”.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

1,423 просмотров всего, 5 просмотров сегодня

Ещё записи на эту тему

Как получилось, что размер Вселенной больше её возраста?... Мы знаем, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет, но размер наблюдаемой Вселенной при этом – 46 миллиардов световых лет. Как это возможно? Природа требует, чтобы мы не превышали скоро...
Огненные стены чёрных дыр могут оказаться слишком прохладными для того, чтобы гореть... Специалисты по теории струн отменяют парадокс чёрных дыр, затушив окружающие их стены огня, существования которых боялись многие Пересмотренная теория заменяет чёрные дыры шарами из струн (тех, чт...
Учёные нашли первую экзолуну: у планеты размером с Юпитер есть спутник размером с Нептун... Пара астрономов, обрабатывавших данные, полученные с телескопа Кеплер, обнаружили первую экзолуну. Луна находится в системе Kepler 1625, примерно в 8000 световых лет от нас, в созвездии Лебедь. Он...
Чёрные дыры, проглатывающие звёзды, делятся своими секретами посредством экзотических световых шоу... Иногда чёрные дыры обнаруживают себя, когда их гравитация разрывает пролетавшую мимо звезду. Эти события привели к появлению нового способа разметки скрытого космоса астрономами Чёрные дыры очень...