5K
Астрономы с помощью массива телескопов ALMA обследовали десятки молодых крупных звезд и обнаружили, что их остаточные диски крайне разнообразны и удивительно богаты газом окиси углерода. В отличие от них в дисках меньших звезд, подобных Солнцу, газ практически отсутствует.
Этот вывод противоречит ожиданиям астрономов, которые считали, что сильное излучение от более крупных звезд должно выдувать газ из их дисков быстрее, чем сравнительно мягкое излучение меньших звезд. Он также дает новый взгляд на временную шкалу формирования экзопланет вокруг молодых светил.
Остаточные диски находятся вокруг звезд, которые сбросили пылевой, наполненный газом протопланетный диск и приступили к формированию планет, астероидов, комет и других планетезималей. Многим из этих вновь образованных объектов еще только предстоит перейти на главные орбиты, а пока они регулярно сталкиваются, порождая второе поколение мусора.
«Предыдущие спектроскопические измерения дисков показали, что некоторые из них имели неожиданную химическую сигнатуру: переизбыток газа окиси углерода. Это удивительное открытие, поскольку астрономы считают, что к этому моменту уже не должно было остаться газа», – сказал Джесси Лиман-Сифри, ведущий автор статьи, опубликованной в Astrophysical Journal. Во время наблюдений Лиман-Сифри был студентом Уэслианского университета (США).
В поисках разгадки, почему некоторые звездные гавани богаты газом, Лиман-Сифри и его команда обследовали 24 звездные системы в ассоциации Скорпиона-Центавра, свободной звездной агломерации, которая лежит в нескольких сотнях световых лет от Земли.
Астрономы сузили поиск до звезд в возрасте от пяти до десяти миллионов лет: достаточно взрослых, чтобы развить полноценные планетарные системы и остаточные диски. Они использовали ALMA для изучения миллиметровых длин волн излучения от окиси углерода в них.
Группа проводила исследование в общей сложности в течение шести ночей в период с декабря 2013 года по декабрь 2014 года, отводя на наблюдение каждую ночь только по 10 минут. Это самый обширный из когда-либо проведенных интерферометрических обзоров околозвездных дисков.
Вооружившись невероятно богатым набором наблюдений, астрономы в одном исследовании обнаружили наиболее богатые газом диски за всю историю поиска. Из двух десятков дисков исследователи определили три с наиболее сильным выбросом окиси углерода. К большому удивлению, все три богатых газом диска окружали звезды в два раза массивнее Солнца. Ни одна из 16 маленьких звезд не обладала большим запасом окиси углерода.
Этот вывод противоречит здравому смыслу, потому что массивные звезды накрывают свои планетные системы энергичным ультрафиолетовым излучением, которое должно уничтожить газ в остаточном диске. Однако, новое исследование показывает, что более крупные светила, так или иначе способны сохранить или даже пополнить запасы окиси углерода.
Существование этого газа может иметь важные последствия для формирования планет. Окись углерода является основным компонентом атмосфер планет-гигантов. Его присутствие в околозвездном диске может означать, что здесь есть и другие газы, включая водород, но в более низких концентрациях. Если некоторые диски способны удерживать значительные количества газа, это может отодвинуть ожидаемый срок формирования газовых гигантов вокруг молодых звезд.
«Будущие наблюдения этих богатых газом систем могут позволить астрономам сделать вывод о его местонахождении внутри диска, что может пролить свет на происхождение. Например, если он возник в результате столкновений планетезималей, его более высокая концентрация должна быть в областях диска, где произошло это взаимодействие. ALMA является единственным инструментом, способным делать изображения такого рода с высоким разрешением», – говорит соавтор исследования Антонио Хейлс.
Согласно мнению Лимана-Сифри, эти пыльные диски столь же разнообразны, как и планетарные системы, которые они порождают. Открыв, что остаточные диски вокруг некоторых крупных звезд сохраняют окись углерода в большем количестве, чем у солнцеподобных светил, ученые могут определить роль этого газа в развитии планетарных систем.