Астрономы с помощью космического телескопа James Webb (Джеймс Уэбб) изучили молодые звездные системы, где, вероятно, происходят столкновения планетных тел. Результаты показывают, что системы с экстремальными дисками обломков встречаются гораздо реже, чем предполагали теоретические модели: их признаки обнаруживаются примерно у 1% молодых звезд. Исследование опубликовано в четверг в журнале The Astrophysical Journal.
В работе участвовали специалисты Space Science Institute (Института космических наук), обсерватории Конколи, исследовательского центра MTA Centre of Excellence, обсерватории Стюарда, Лунной и планетарной лаборатории, а также нескольких университетов. Ученые собрали выборку из 21 экстремального диска обломков, используя архивные данные телескопов Spitzer (Спитцер) и Webb: пять объектов были изучены Spitzer, еще 16 — Webb. Кроме того, исследователи обнаружили 12 ранее не наблюдавшихся дисков и провели дополнительные наблюдения четырех объектов из архива Spitzer.
Экстремальные диски обломков представляют собой этап развития звездной системы, когда в области формирования каменистых планет скапливается большое количество теплой пыли. Сначала такие системы проходят богатую газом стадию протопланетного диска, а затем переходят к более бедному газом диску обломков. О существовании экстремальной разновидности последнего этапа стало известно благодаря телескопу Spitzer, завершившему работу в январе 2020 года.
Из 21 изученного диска восемь оказались богаты кремнеземом, а 13 — бедны им. По составу пыли ученые предположили, что кремнеземистые диски возникают после мощных столкновений тел размером с Марс, при которых значительная часть вещества испаряется. Диски с низким содержанием кремнезема, вероятно, формируются в результате менее энергичных ударов тел размером с Луну. Кремнеземистые объекты обнаруживались только у звезд моложе 300 млн лет, тогда как кремнеземисто-бедные диски встречались у звезд разного возраста.
«Это первый случай, когда мы собрали достаточно систем, чтобы по-настоящему понять этот подкласс, который мы называем экстремальными дисками обломков. До Webb у нас было мало информации. Мы знали, что они необычны и сильно отличаются от обычных холодных дисков обломков, таких как у Веги и Фомальгаута. Теперь, когда у нас больше данных, мы можем определить, что эти диски означают для формирования и эволюции планет», — сказала ведущий автор исследования Кейт Су из Space Science Institute, слова которой приводит NASA.
Возраст кремнеземистых дисков согласуется с расчетами, согласно которым планеты земного типа формируются в первые несколько сотен миллионов лет существования звездной системы. Это также соответствует оценке, что Земля и Луна возникли примерно через 100 млн лет после образования Солнца в результате столкновения Земли с телом размером с Марс. Исследователи считают, что Солнце в далеком прошлом могло пройти через бедную кремнеземом стадию экстремального диска, связанную с нестабильностью орбит и периодом поздней тяжелой бомбардировки. Уточнить картину ученые рассчитывают благодаря новым наблюдениям Webb, а также будущим телескопам Nancy Grace Roman (Нэнси Грейс Роман) и PRIMA — миссии для изучения астрофизики в дальнем инфракрасном диапазоне.