Звезды формируют свои солнечные системы. Это верно и для нас, и для других. Но для некоторых массивных звезд их способность формировать все еще формирующиеся системы является роковой и окончательной.
В молодости звезды окружены вращающейся массой газа и пыли, называемой протопланетным диском. В этих дисках формируются планеты, и этот процесс может занять миллионы лет. Но звезды имеют разную массу и разное излучение, которое влияет на то, как формируются планеты, и формируются ли они вообще.
Новое исследование изучает, как мощное УФ-излучение массивных звезд влияет на формирование планет в дисках. Научная статья: «Поток фотоиспарения, вызванный дальним ультрафиолетом, наблюдаемый в протопланетном диске». Оно опубликовано в журнале Science, а ведущим автором является Оливье Берн из Института исследований астрофизики и планетологии Тулузского университета, Франция.
Исследование рассматривает крупные звезды в первый миллион лет их жизни, когда они не только молоды, но и чрезвычайно ярки. Исследователи сосредоточились на нескольких звездах туманности Ориона и ее звездных питомниках. Звезды как минимум в десять раз массивнее Солнца и в 10 000 раз ярче. Какой эффект их светимость и все это излучение оказывает на диски, где формируются планеты?
Эти мощные молодые звезды излучают высокие уровни излучения в дальнем ультрафиолете (FUV), которое способно удалять массу из дисков, образующих планеты. Эта сила распространяется за пределы их непосредственного окружения в диски вокруг соседних звезд малой массы.
«Большинство звезд малой массы образуются в звездных скоплениях, которые также содержат массивные звезды, являющиеся источниками дальнего ультрафиолетового (FUV) излучения», — объясняют исследователи. «Теоретические модели предсказывают, что это FUV-излучение создает области фотодиссоциации (PDR) на поверхности протопланетных дисков вокруг звезд малой массы, что влияет на формирование планет внутри дисков». PDR могут охватывать несколько сотен астрономических единиц (а.е.).
Исследователи исследовали один протопланетный диск, находящийся в радиусе действия энергичных звезд большой массы, находящихся в скоплении Трапеция в центре туманности Ориона. Пять самых ярких звезд в этом скоплении имеют массу от 15 до 30 солнечных, что делает их главными кандидатами для изучения PDR в соседних дисках, образующих планеты. PDR Orion Bar — это часто изучаемый прототип PDR.
Диск d203-506 на изображении бомбардируется интенсивным FUV-излучением массивных звезд Трапеции. FUV-излучение рассеивает вещество в диске, препятствуя образованию планет. Согласно исследованию, в этом диске невозможно сформировать планету массой Юпитера, поскольку радиация удаляет материю.
«Формирование планет ограничено процессами, удаляющими массу с диска, такими как фотоиспарение», — пишут авторы. «Это происходит, когда верхние слои протопланетных дисков нагреваются рентгеновскими или ультрафиолетовыми фотонами». После нагрева скорость газа превышает скорость истечения диска, и газ покидает систему.
После того как радиация вытесняет массу из диска, она собирается в диффузной оболочке вокруг диска.
Мощное FUV-излучение диссоциирует молекулярный водород на атомарный водород. PDR отмечает переход между молекулярным и атомарным водородом. Когда водород превращается в атомарный водород, он становится теплее, а нагрев способствует фотоиспарению водорода.
Когда звезда внутри пораженного диска становится более массивной, это помогает ограничить потерю водорода из диска. Его гравитация может помочь диску удерживать материю, делая ее доступной для формирования планет.
Все это относительно быстро воспроизводится на диске. В диске d203-506 звезда имеет массу всего около 0,3 солнечной массы. Исследователи пишут, что всего примерно через 0,13 миллиона лет из диска будет удалено достаточно материала, чтобы предотвратить образование планеты массой Юпитера. «Это быстрее, чем даже очень раннее формирование планет», — пишут исследователи.
Но мощное FUV-излучение и производимые им PDR не просто препятствуют образованию газовых гигантов. Они формируют и другие аспекты будущей Солнечной системы.
«Эффект влияет на массу, радиус и время жизни диска, его химическую эволюцию, а также на рост и миграцию любых планет, образующихся внутри диска», — объясняют авторы.
