Астрономія
Астрономія

Сублімація затримала утворення пилових уламкових дисків навколо білих карликів

Дослідники проаналізували сублімацію матеріалу в системі білих карликів та вивчили, як термальні й припливні сили впливають на середовище навколо таких об’єктів. Про це вони пишуть у журналі The Astrophysical Journal Letters. Виявилося, що диск з уламків навколо білих карликів починає формуватися лише коли вони остигають до 25000–32000 Кельвінів.

NASA, JPL-Caltech

NASA, JPL-Caltech

Що відомо про системи білих карликів?

Білі карлики є залишками зірок, які, перейшовши на стадію червоного гіганта, скидають свої зовнішні оболонки. Існують свідчення, що біля таких об’єктів активно розвиваються планетарні системи. Приблизно 25-50% білих карликів демонструють спектри, «забруднені» важкими елементами. Астрономи роблять висновок, що це результат акреції планетного матеріалу на зірку. Крім того, близько 1-3% білих карликів виділяють надлишок інфрачервоного випромінювання, що свідчить про запилений уламковий диск в радіусі припливного руйнування навколо них. Ці матеріали, скоріш за все, перемістилися всередину з більших відстаней, оскільки об'єкти в межах декількох астрономічних одиниць від зірки зруйнувалися б під час її перетворення на гіганта. Вважається, що така міграція відбувалася у двоетапному процесі, який діє на планетарні об'єкти із витягнутими орбітами. Припливні сили зірки руйнують такі об'єкти, утворюючи пилоподібні уламки. Згодом їхні орбіти стають круглішими, утворюючи уламковий диск, матеріал якого закручується всередину, випаровується та забруднює білий карлик. Однак такі пилові уламкові диски фіксуються лише навколо білих карликів, холодніших за 27000 Кельвінів. Для білого карлика масою 0,6 сонячних така температура відповідає часу остигання у 17 мільйонів років.

Що досліджували вчені?

Попередні роботи припускали, що взаємозв'язок припливних процесів та сублімації утворює області навколо білого кардика, де може існувати пил, який не перетворюється на газ під впливом високої температури і не починає злипатися, формуючи більші об’єкти. Дослідники змоделювали сублімацію матеріалу, щоб перевірити таку взаємодію і визначити, чому пилові диски можуть існувати лише за певних температур білих карликів. Зокрема, астрономи обчислили радіус сублімації звичайних планетних матеріалів (форстериту, фаяліту, енстатиту та заліза) взалежності від температури та маси білого карлика, і порівняли отримані дані з межею Роше, тобто найменшою відстанню від карлика, де тіла можуть перебувати, не руйнуючись під дією припливних сил. Також дослідники застосували своє моделювання для реальних білих карликів, щоб перевірити свої висновки.

Червоним показано радіус сублімації, блакитним — межу Роше. Молодий гарячий білий карлик запобігає утворенню диску пилоподібних уламків. У міру того, як карлик остигає, радіус сублімації зменшується. Jordan K. Steckloff et al.

Червоним показано радіус сублімації, блакитним — межу Роше. Молодий гарячий білий карлик запобігає утворенню диску пилоподібних уламків. У міру того, як карлик остигає, радіус сублімації зменшується. Jordan K. Steckloff et al.

Що показали результати?

Виявилося, що для типового білого карлика критична температура для початку утворення пилоподібного уламкового диску становить від 25000 до 32000 Kельвінів, залежно від густини та складу планетезималей. Ці критичні температури мало змінюються для більшості білих карликів, які мають маси від 0,5 до 0,7 сонячних. Такі дані надзвичайно узгоджуються із спостережуваним початком утворення пилових дисків. Тобто, сублімація планетних матеріалів справді контролює появу такого диску. Таким чином, хоча потік планетизималей навколо молодих гарячих білих карликів може бути суттєво вищим за рахунок нещодавно дестабілізованих планетних систем, інтенсивне теплове середовище всередині межі Роше перешкоджає утворенню пилового диску. Ця модель також виключає утворення багатих водяним льодом пилоподібних дисків з комет або об'єктів, подібних до тіла поясу Койпера. Вік охолодження білого карлика для утворення таких дисків перевищує вік Всесвіту. Тож присутність води в деяких фотосферах білих карликів може бути результатом акреції гідратованих мінералів, а не вільної води.