Исследователи, использующие интерферометр Очень большого телескопа ESO (VLTI), обнаружили три железных кольца вокруг молодой звезды на расстоянии около 500 световых лет от нас. Кольца указывают на формирование планет. Что эти кольца могут рассказать нам о том, как формировались Земля и другие планеты нашей Солнечной системы?
Один из волнующих вопросов человечества – как образовалась наша родная планета. Изучение нашей Солнечной системы привело к частичному пониманию. Ученые объединяют свое понимание нашей Солнечной системы, изучая Землю, исследуя астероиды, исследуя Марс и даже метеориты, прилетевшие с Марса. Но изучение других молодых солнечных систем поведет нас дальше, поскольку они дадут нам представление о том, как все было около 4,5 миллиардов лет назад, когда формировалась наша система.
В новом исследовании международная группа исследователей использовала VLTI и его спектрометр Матисса для изучения планетообразующего диска вокруг молодой звезды Хербига Ae HD 144432. Их исследование озаглавлено «Доказательства существования богатой железом пыли в среднем инфракрасном диапазоне в мульти- кольцевой внутренний диск HD 144432». Оно опубликовано в журнале «Астрономия и астрофизика», а его ведущий автор — Йожеф Варга из обсерватории Конколи в Будапеште, Венгрия.
После образования звезды остатки материала образуют вращающийся вокруг звезды диск, называемый протопланетным диском. Из этого диска формируются планеты. Но как именно они формируются, особенно такие скалистые, как Земля, все еще остается подробным вопросом, ожидающим более подробного ответа. Все начинается с изучения пыли во внутренних областях протопланетного диска, где формируются каменистые планеты.
«При изучении распределения пыли в самой внутренней области диска мы впервые обнаружили сложную структуру, в которой пыль скапливается в трех концентрических кольцах в такой среде», — сказал соавтор исследования Рой ван Бокель, ученый из Макса. Институт астрономии Планка (MPIA) в Гейдельберге, Германия. «Этот регион соответствует зоне, где в Солнечной системе сформировались каменистые планеты».
Скалистые планеты формируются во внутренних, более теплых регионах Солнечной системы, близких к звезде. Для их формирования могут потребоваться десятки миллионов лет. Более крупные газообразные планеты, такие как Юпитер и Сатурн в нашей системе, формируются дальше, как и ледяные гиганты, такие как Уран и Нептун. Однако следует отметить, что в некоторых случаях планеты могут мигрировать в разные места.
Три кольца вокруг HD 144432 находятся примерно в том же регионе, где сформировались скалистые планеты нашей Солнечной системы. Первое кольцо находится в пределах орбиты Меркурия, второе кольцо близко к Марсу, а третье кольцо примерно соответствует орбите Юпитера.
«Наша наиболее подходящая модель имеет три зоны диска с кольцевидными структурами на расстоянии 0,15, 1,3 и 4,1 а.е.», — пишут авторы в своем исследовании. Это означает, что структура содержит два пробела: около 0,9 а.е. и около 3 а.е. По мнению авторов, эти пробелы образовались из-за все еще формирующихся каменистых планет. «Предполагая, что темные области в диске на расстоянии ~ 0,9 а.е. и ~ 3 а.е. представляют собой дыры, открытые планетами, мы оцениваем, что массы предполагаемых планет, открывающих щели, равны массе Юпитера».
Это не первый случай, когда астрономы обнаруживают подобную сложную кольцевую структуру. Но обычно они соответствуют орбите Сатурна, намного дальше того места, где в нашей Солнечной системе сформировались скалистые планеты. Обнаружение одного из них так близко к звезде приводит к следующему вопросу. Из чего сделаны кольца?
Чтобы выяснить это, исследователи сравнили свои данные с известными моделями поверхностной яркости пыли. Они находят модель, которая лучше всего соответствует их данным. В данном случае это трехкольцевая структура, включающая железо.
Основной компонент пыли не стал сюрпризом для ученых. Он содержит силикаты, соединения, содержащие кремнезем, кислород и металлы. Около 95% земной коры состоит из силикатов. Но что интересно, ученые также обнаружили в пыли железо.
«Чтобы определить компонент пыли, ответственный за излучение инфракрасного континуума, мы исследуем два случая состава пыли: один со смесью силикат+железо, а другой — силикат+углерод», — пишут авторы в своей статье. «Мы обнаружили, что модель с высоким содержанием железа лучше соответствует спектральному распределению энергии».
Чтобы получить более убедительное подтверждение этих результатов, потребуются дополнительные исследования. Но если они подтвердятся, они важны. Это будет первый случай, когда ученые идентифицируют железо в протопланетном диске вокруг молодой звезды. «Астрономы до сих пор объясняли наблюдения за пылевыми дисками смесью углеродной и силикатной пыли, материалов, которые мы видим почти повсюду во Вселенной», — объясняет ван Бокель.
Очевидно, что область, близкая к звезде, намного горячее, чем более отдаленные области. Нагрев обеспечивает дальнейшее подтверждение этих результатов. В горячей среде вблизи звезды, где температура достигает 1500 C, железо и минералы плавятся и часто снова конденсируются в кристаллы. И наоборот, углерод не может выдержать высокие температуры. Он будет испаряться и образовывать угарный газ или углекислый газ.
Эти результаты также соответствуют тому, что мы знаем о Земле и скалистых планетах нашей Солнечной системы. Земля относительно богата железом и бедна углеродом. Ртуть также богата железом. «Мы думаем, что диск HD 144432 может быть очень похож на раннюю солнечную систему, которая обеспечивала много железа скалистыми планетами, которые мы знаем сегодня», — сказал ван Бокель. «Наше исследование может служить еще одним примером, показывающим, что состав нашей Солнечной системы может быть весьма типичным».
Но предстоит еще многое сделать, чтобы укрепить эти результаты. Недостаточно найти одну молодую солнечную систему, отражающую нашу. Но VLTI показала, что может их найти. Если их еще есть, VLTI должен их найти. «Наш анализ демонстрирует необходимость детального изучения пыли во внутренних дисках с помощью многоволновых методов с высоким угловым разрешением», — пишут авторы.
Ван Букель и его коллеги уже определили некоторые другие солнечные системы, которые заслуживают изучения с помощью мощного VLTI и его спектрометра Матисса. «У нас все еще есть несколько многообещающих кандидатов, ожидающих более пристального рассмотрения VLTI», — отмечает ван Бокель.
Однажды, получив больше подобных открытий, мы, возможно, узнаем наверняка, что каменистые планеты, включая нашу Землю, формируются вблизи своих звезд из богатой железом пыли. Похоже, мы приближаемся к этому, казалось бы, очевидному выводу.
