Телескоп JWST обнаружил следы столкновений планет у молодых звезд
Формирование планетных систем сопровождается столкновениями крупных тел, однако непосредственно наблюдать такие события на больших расстояниях практически невозможно. Астрономы нашли способ изучать их последствия по составу пыли вокруг молодых звезд. О том, как по пыли ученые определяют характер столкновений в формирующихся планетных системах, — в материале «Известий».
Пыль вместо столкновения: что увидел телескоп JWST
Работа опубликована в научном журнале The Astrophysical Journal. Астрономы под руководством Кейт Су из Института космических наук в Боулдере изучили 21 экстремальный диск обломков вокруг молодых звезд. Пять объектов вошли в выборку по архивным наблюдениям космического телескопа «Спитцер», еще 16 исследовали с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Из последних 12 систем наблюдались впервые.
Кейт Су
Впервые нам удалось собрать достаточно данных, чтобы по-настоящему понять этот подкласс, который мы называем дисками экстремального обломочного мусора.
Экстремальные диски обломков отличаются большим количеством теплой пыли, очень мелкими пылевыми частицами и нерегулярными изменениями яркости в инфракрасном диапазоне. Считается, что такие характеристики могут возникать после крупных столкновений тел в формирующихся планетных системах. Сами столкновения ученые непосредственно не наблюдали — выводы сделали по свойствам оставшегося после них вещества.
Два типа пыли: что она рассказала о столкновениях
По составу пыли исследователи разделили изученные системы на две основные группы — с высоким и низким содержанием кремнезема. Примером богатого кремнеземом материала на Земле является вулканическое стекло, такое как обсидиан. В системах с меньшим содержанием кремнезема обнаруживали, в частности, кристаллический силикат форстерит.
Около трети дисков оказались богаты кремнеземом. По мнению исследователей, такие системы могли сформироваться после чрезвычайно энергичных столкновений тел примерно марсианского размера. При подобных ударах значительная часть каменного вещества могла расплавиться или испариться.
В остальных системах содержание кремнезема было ниже. Их связывают с менее энергичными столкновениями, в том числе с касательными ударами тел примерно лунного размера. При этом речь идет об интерпретации состава пыли, а не о непосредственном измерении размеров столкнувшихся объектов.
Возраст звезд помог восстановить историю систем
Между двумя группами обнаружилось различие и по возрасту звезд. Кремнеземсодержащие экстремальные диски пока выявляли только у звезд моложе 300 млн лет. Диски с низким содержанием кремнезема встречались у звезд более широкого диапазона возрастов.
По мнению ученых, это может соответствовать разным этапам формирования планетных систем. На ранних стадиях, когда каменные планеты еще активно формируются, возможны особенно мощные столкновения крупных тел. Более слабые столкновения и связанные с ними изменения количества пыли могут происходить и позднее.
Наблюдаемая яркость таких дисков также может меняться со временем. Исследователи связывают это с изменениями орбит образовавшихся после столкновений обломков и новыми ударами между ними.
История Луны: какой след мог оставить похожий удар
Распределение кремнеземсодержащих дисков по возрасту оказалось сопоставимо с представлениями о ранней истории каменных планет. Компьютерные модели показывают, что планеты земной группы должны формироваться в течение первых нескольких сотен миллионов лет существования системы.
Этот период также соответствует оценкам, согласно которым Земля и Луна сформировались примерно через 100 млн лет после появления Солнца. Согласно одной из основных гипотез, Луна возникла после столкновения молодой Земли с телом примерно марсианского размера.
Наблюдения экстремальных дисков не подтверждают напрямую эту конкретную историю Луны. Они показывают, что столкновения подобного масштаба соответствуют одному из типов процессов, которые могут происходить в молодых планетных системах.
Редкая стадия помогает понять рождение планет
Экстремальные диски обломков встречаются относительно редко: по имеющимся наблюдениям, признаки такой стадии обнаруживаются примерно у 1% молодых звезд. При этом именно такие системы дают возможность изучать последствия крупных столкновений, которые невозможно наблюдать непосредственно.
Авторы считают, что анализ минералогического состава пыли помогает различать условия, при которых происходили столкновения, и отслеживать изменения планетных систем со временем. Такие наблюдения могут дать больше информации о том, как формируются каменные планеты и как меняются системы после их появления.
При этом многие вопросы остаются открытыми. В частности, ученым предстоит наблюдать больше подобных систем, чтобы проверить, действительно ли богатые кремнеземом диски встречаются только у молодых звезд и насколько точно их состав отражает характер столкновений.
