Изучение "загрязненных" белых карликов показало, что звезды и планеты растут вместе
Группа астрономов обнаружила, что формирование планет в нашей молодой Солнечной системе началось намного раньше, чем считалось ранее, при этом строительные блоки планет растут одновременно с их родительской звездой. Изучение некоторых из самых старых звезд во Вселенной предполагает, что строительные блоки таких планет, как Юпитер и Сатурн, начинают формироваться, пока растет молодая звезда. Считалось, что планеты формируются только тогда, когда звезда достигает своего окончательного размера, но новые результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, предполагают, что звезды и планеты «растут» вместе.
Исследование, проведенное Кембриджским университетом, меняет наше понимание того, как формировались планетарные системы, включая нашу собственную Солнечную систему, потенциально решая главную загадку астрономии.
«У нас есть довольно хорошее представление о том, как формируются планеты, но у нас есть один нерешенный вопрос: когда они формируются: начинается ли формирование планет рано, когда родительская звезда все еще растет, или миллионы лет спустя?» — сказала доктор Эми Бонсор из Кембриджского института астрономии, первый автор исследования.
Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Бонсор и ее коллеги изучили атмосферы звезд белых карликов — древних, тусклых остатков звезд, подобных нашему Солнцу, — чтобы исследовать строительные блоки формирования планет. В исследовании также приняли участие исследователи из Оксфордского университета, Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Университета Гронингена и Института исследований солнечной системы им. Макса Планка в Геттингене.
«Некоторые белые карлики — удивительные лаборатории, потому что их разреженная атмосфера почти подобна небесным кладбищам», — сказал Бонсор.
Обычно внутренности планет находятся вне досягаемости телескопов. Но особый класс белых карликов, известных как «загрязненные» системы, содержит тяжелые элементы, такие как магний, железо и кальций, в обычно чистой атмосфере.
Эти элементы, должно быть, произошли от небольших тел, таких как астероиды, оставшиеся от образования планет, которые врезались в белые карлики и сгорели в их атмосферах. В результате спектроскопические наблюдения за загрязненными белыми карликами могут исследовать внутренности этих разорванных на части астероидов, давая астрономам прямое представление об условиях, в которых они образовались.
Считается, что формирование планет начинается с протопланетного диска, состоящего в основном из водорода, гелия и мельчайших частиц льда и пыли, вращающегося вокруг молодой звезды. Согласно современной ведущей теории о том, как формируются планеты, частицы пыли прилипают друг к другу, в конечном итоге образуя все более и более крупные твердые тела. Некоторые из этих более крупных тел будут продолжать срастаться, становясь планетами, а некоторые останутся астероидами, как те, что врезались в белых карликов в текущем исследовании.
Исследователи проанализировали спектроскопические наблюдения атмосфер 200 загрязненных белых карликов из ближайших галактик. Согласно их анализу, смесь элементов, наблюдаемая в атмосферах этих белых карликов, может быть объяснена только тем, что многие из первоначальных астероидов когда-то расплавились, что привело к погружению тяжелого железа в ядро, в то время как более легкие элементы плавали на поверхности. Этот процесс, известный как дифференциация, привел к тому, что у Земли появилось ядро, богатое железом.
«Причина таяния может быть связана только с очень короткоживущими радиоактивными элементами, которые существовали на самых ранних стадиях планетарной системы, но распались всего за миллион лет», — сказал Бонсор. «Другими словами, если эти астероиды были расплавлены чем-то, что существует очень короткое время на заре планетарной системы, то процесс формирования планет должен начаться очень быстро».
Исследование предполагает, что картина раннего формирования, вероятно, верна, а это означает, что у Юпитера и Сатурна было достаточно времени, чтобы вырасти до своих нынешних размеров.
«Наше исследование дополняет растущий консенсус в области того, что формирование планет началось рано, и первые тела сформировались одновременно со звездой», — сказал Бонсор. «Анализ загрязненных белых карликов говорит нам, что этот процесс радиоактивного плавления является потенциально повсеместным механизмом, влияющим на формирование всех внесолнечных планет.
«Это только начало — каждый раз, когда мы находим новый белый карлик, мы можем собрать больше свидетельств и узнать больше о том, как формируются планеты. Мы можем проследить такие элементы, как никель и хром, и сказать, насколько большим должен быть астероид, когда он сформировал свою железное ядро. Удивительно, что мы можем исследовать подобные процессы в экзопланетных системах».
