Российские астрономы "состарили" планеты

Ученые из Южного федерального университета (ЮФУ), Института астрономии РАН (ИНАСАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) проанализировали раннюю эволюцию молодых звезд и выяснили, на какой стадии развития системы формируются ее планеты. Это позволит лучше понять структуру и строение планет как в Солнечной системе, так и за ее пределами. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Соответствующая статья направлена на публикацию в Astronomy & Astrophysics, а с ее препринтом можно ознакомиться на сайте Корнелльского университета.

Вопрос о том — как и когда формируются планеты, волнует ученых очень давно. Из астрономических наблюдений достоверно известно, что на начальном этапе вокруг молодой звезды образуется протопланетный диск — скопление космической пыли и газа. Но что происходит потом — вопрос острых споров. Одни научные группы считают, что крошечные частицы пыли соударяясь слипаются в крупные объекты. Если такой объект притянет к себе много газа, он превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет — в каменистую планету, как Земля. Однако это медленный процесс, по расчетам, он должен начинаться в протопланетных дисках, которым хотя бы миллион лет, и где есть вероятность, что газ рассеется еще до формирования газового гиганта.

Поэтому другие научные группы отвергают этот вариант и утверждают, что газовые гиганты образуются при внезапных коллапсах в наиболее плотных и холодных областях протопланетного диска. Такой процесс прямого образования планет «схлопыванием» фрагмента газопылевого облака в миниатюре копирует возникновение звезд. Сегодня наиболее привлекательной считается первая теория, но, тем не менее, она не способна объяснить все разнообразие наблюдаемых экзопланет вне Солнечной системы. Поэтому перспективным становится поиск новых сценариев, включающих в себя элементы обеих теорий.

Чтобы проследить процесс роста пыли и формирования планеты на ранних стадиях развития, ученые использовали метод гидродинамического моделирования. В его рамках околозвездные газ и пыль рассматриваются как сжимаемые жидкости, поэтому к ним применяют стандартные уравнения гидродинамики (науки о движении жидкости).

Моделирование позволило ученым выяснить, что пыль, сравнимая по размеру с бактериями (микрометровая), может, в результате слипания, превратиться в метровые объекты на самых ранних стадиях эволюции диска — уже по прошествии 100 000 лет после образования звезды. Потом эти «шарики» слипаются в еще большие объекты, общая масса которых превышает земную в несколько сотен раз. Они, в свою очередь, дрейфуют по направлению к звезде (под действием ее гравитации) и скапливаются на удалении не более нескольких астрономических единиц от светила. Это облегчает процесс образования небесных тел на небольшом расстоянии от звезды.

Именно в этих областях космический телескоп «Кеплер» обнаружил многочисленные планеты, получившие название «суперземель» из-за их массы, многократно превышающей Земную. К 1 июня 2018 года достоверно подтверждено существование 3 786 экзопланет. Изучение этих объектов является одной из самых перспективных задач современной астрономии и астрофизики. И это связано не только с поиском планет, находящихся в зоне обитаемости (пространстве вокруг звезды, внутри которого возможно существование жидкой воды на поверхности небесных тел).

Изучение процессов, происходящих при формировании экзопланет, также помогает ученым лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся и в Солнечной системе. Например, все еще не выяснено происхождение земной воды. Если формирование планет шло медленно и без миграции из внешних областей системы к Солнцу, то недра Земли должны содержать не так уж и много воды. Если же образование крупных объектов шло быстро, и они мигрировали из удаленных от Солнца (и потому более богатых водой) областей, то воды в литосфере должно быть больше, а тяжелых элементов меньше.

Читайте также:

Поделиться: