Астрономія
Астрономія

Чадний газ біля молодої зірки вказав на зіткнення протопланет

Вчені дослідили чадний газ та пил присутні біля зірки HD 172555 і дійшли висновку, що в минулому у цій системі зіткнулися землеподібна планета та протопланетне тіло. Внаслідок цього зіткнення з планети зірвало частину атмосфери. Свої докази на користь цього припущення вчені виклали у статті, опублікованій у Nature.

Чим цікава зірка HD 172555?

HD 172555 – це молода зірка спектрального класу А, яка знаходиться на відстані у 91 світловий рік від нас. Це велика зірка, маса якої становить 1,76 сонячної маси, а світимість більша за сонячну у 7,7 раза. Проведені раніше дослідження показали, що зірка оточена пиловим диском, діаметр якого сягає десяти астрономічних одиниць.

Дослідники із Массачусетського технологічного інституту припустили, що цей диск може нести у собі сліди гігантських зіткнень між молодими землеподібними планетами та протопланетними тілами, діаметр яких складає кілька тисяч кілометрів. Вік HD 172555 складає усього 23 мільйони років і її система знаходиться на стадії активного планетоутворення. І сучасні моделі утворення планетних систем показують, що на цьому етапі їхньої еволюції подібні гігантські зіткнення мають бути звичайною справою.

Звідки узявся монооксид вуглецю?

Для перевірки своїх припущень дослідники використали дані Великого міліметрового радіотелескопа Атаками. За його допомогою вони встановили, що у пиловому диску навколо HD 172555 присутня велика кількість чадного газу (СО). При цьому цей газ концентрується у кільці, центр якого знаходиться на відстані у 7,5 астрономічної одиниці. Ширина смуги складає 3,3 астрономічної одиниці, а товщина визначена як дуже невелика у порівнянні із шириною. Кількість СО у цій зоні оцінюється біля 0,001 відсотка від маси Землі.

Пояснити присутність цього газу можна кількома способами. По-перше чадний газ може залишитися після утворення системи. Зрештою, її вік є невеликим і початкові молекули СО просто не встигли розпастися під дією світла зірки. Але більшість молодих зірок класу А втрачають свої протопланетні диски у перші три мільйони років існування. А там, де вони лишаються, ширина їх вимірюється десятками і сотнями астрономічних одиниць. Пиловий диск HD 172555 – занадто маленький і вузький для того, аби бути первинним протопланетним диском. А значить і СО не міг просто лишитися із часу утворення системи.

По-друге, чадний газ міг виділитися внаслідок зіткнень між собою невеликих астероїдів та уламків, із яких складається диск. Однак мінералогічний склад диска (наявність аналога хондритів Сонячної системи) вказує на те, що енергія зіткнень у минулому була більшою, ніж це може бути при зіткненні невеликих астероїдів. Крім того, газове кільце HD 172555 лежить у зоні, яка відповідає поясу астероїдів Сонячної системи. А на такій відстані чадний газ просто не міг законсервуватися у надрах «космічних айсбергів», щоб потім бути звільненим при зіткненні.

По-третє, джерелом газу може бути якийсь зовнішній резервуар. Наприклад його могли занести у диск комети, що залетіли із місцевого аналога поясу Койпера, який ми зараз просто не бачимо. Але кільце газу занадто вузьке та рівномірне для того, аби його утворили багато звичайних комет, діаметр яких рідко перевищує десять кілометрів. Для цього цим кометам спочатку треба було перейти на кругові орбіти на вказаній відстані, а причин, чому це мало статися науковці не бачать. Для пояснення такої картини розподілу пилу та газу необхідна одна суперкомета розміром принаймні як половина Плутона, яка залетіла у внутрішню систему і зруйнувалася внаслідок одного єдиного гігантського зіткнення.

Що як це було гігантське зіткнення?

Гігантське зіткнення двох тіл, розміри яких порівнювані із розмірами Землі лишається єдиним способом пояснити існування газового кільця навколо HD 172555. І одному з тіл зовсім не обов’язково було залітати із зовнішнього космосу. Моделі утворення планетних систем показують, що у них на початковій стадії існування і так є надлишок протопланет, які час від часу стикаються між собою. Зокрема, одним із пояснень існування Місяця є зіткнення Землі із крупним небесним тілом на початковій стадії її існування. Велике залізне ядро Меркурію та зворотне обертання Венери теж можна пояснити таким же чином.

Якщо чадний газ у системі HD 172555 утворився внаслідок гігантського зіткнення, то його аналіз дає змогу встановити деякі параметри цього зіткнення. Наприклад рівномірність розподілу цього газу у диску вказує на те, що відбулося зіткнення близько 200 тисяч років тому. Тоді невідоме тіло зіткнулося із суперземлею масою біля восьми мас Землі. При цьому частина атмосфери планети, склад якої нагадував атмосферу Венери, була віднесена у космос і утворила газове кільце, яке і спостерігається зараз.

Дослідження газопилових дисків навколо інших зірок дозволяють підкріпити спостереженнями теоретичні уявлення про процеси утворення планетних систем. Так планетезимальні пояси можуть утворюватися без довготривалого диска, а нещодавно астрономи вперше побачили формування супутника з газопилового диска екзопланети. У нашій власній системі цей диск від Сонця Юпітер міг поділити навпіл, через що планети так сильно відрізняються між собою.


Фото в анонсі: Rice University