Исследование НАСА показало: особые структуры в осколочных дисках могут образовываться без наличия планет

Когда учёные ищут экзопланеты, то есть миры, расположенные за пределами Солнечной системы, они в первую очередь обращают внимание на особые шаблонные образцы пыли и газа вокруг молодых звёзд. До недавнего времени безоговорочно считалось, что причина этому — недавно сформированные планеты. Однако новое исследование указывает на то, что может быть и другое объяснение появлению этих уплотнений в газопылевых дисках, и оно исключает деятельность планет вообще.

Как известно, охотники за экзопланетами наблюдают за звёздами в поисках некоторых контрольных признаков, которые могли бы указать на наличие планеты на орбите звезды. К таким признакам относят изменения яркости и даже цвета звезды. Для молодых звёзд, которые всегда окружены дисками газа и пыли, учёные ищут своеобразные повторяющиеся признаки, такие как кольца, дуги и спирали. Все они могут образоваться в результате деятельности планеты.

«Мы исследуем то, что мы называем главным альтернативным соперником гипотезе с планетами. Наше предположение говорит, что пыль и газ в диске формируют такие признаки, когда они поражены ультрафиолетовым светом», — Марк Кухнер, астрофизик в Центре космических полётов НАСА.

Кухнер представил эти результаты 11 января 2018 года на собрании Американского Астрономического Общества в Вашингтоне. Статья, описывающая результаты, была опубликована в The Astrophysical Journal.

Когда высокоэнергетический ультрафиолетовый свет от звёзд поражает зёрна пыли, то срывает с молекулы в них электроны. Эти электроны начинают сталкиваться и нагревать соседний газ. По мере того, как газ нагревается, давление в нём увеличивается, а сам он начинает захватывать ещё больше пыли, которая, в свою очередь, нагревает ещё больше газа. Такой цикл называется фотоэлектрической нестабильностью и может работать в тандеме с другими силами, чтобы создать такие особенности, которые ранее астрономы причисляли к жизнедеятельности планет.

Дуги, кольца и спирали хорошо видны в осколочном диске вокруг звезды HD 141569A. Чёрная область в центре изображения является маской, которая блокирует от телескопа прямой свет звёзды. Это изображение было получено в июне и августе 2015 года с помощью прибора STIS на космическом телескопе «Хаббл». Источник: NASA/Hubble/Konishi et al. 2016

Дуги, кольца и спирали хорошо видны в осколочном диске вокруг звезды HD 141569A. Чёрная область в центре изображения является маской, которая блокирует от телескопа прямой свет звёзды. Это изображение было получено в июне и августе 2015 года с помощью прибора STIS на космическом телескопе «Хаббл». Источник: NASA/Hubble/Konishi et al. 2016

Исследователи разработали компьютерную симуляцию, чтобы лучше понять эти эффекты. В 2013 году Кухнер и его коллега Владимир Лира, профессор астрономических наук в Университете штата Калифорния, предположили, что фотоэлектрическая нестабильность может объяснить наличие узких колец, замеченных в некоторых дисках. Их модель также предсказала, что у некоторых дисков могут быть дуги или неполные кольца, что в реальности стало наблюдаться только в 2016 году.

«Учёные очень часто моделируют системы с планетами, но если вы хотите знать, на что похож осколочный диск с планетой, то сначала должны узнать, на что он похож без неё», — Александр Рихерт, аспирант из Университета штата Пенсильвания.

Рихерт — ведущий автор нового исследования, которое основывается на предыдущих моделях Лиры и Кухнера и включает новый фактор — давление излучения, то есть силу, возникающую, когда свет звезды поражает зёрна пыли в диске.

Вообще, свет проявляет свою физическую силу на всё, с чем сталкивается. Давление излучения заставляет двигаться аппараты с помощью солнечного паруса, направляет хвост кометы всегда в направлении от Солнца. Та же сила может вынудить частички пыли двигаться по очень вытянутым орбитам и даже выбросить часть самых маленьких зёрен из диска.

Исследователи провели моделирование того, как фотоэлектрическая нестабильность и давление излучения сотрудничают для того, чтобы оказывать влияние на движение пыли и газа. Так, например, в 2013 году модель одной лишь нестабильности показала то, как пыль и газ, взаимодействуя, создают кольца и дуги, которые затем были обнаружены в реальной звёздной системе HD 141569A.

Исследователи смоделировали, как давление излучения и PeI сотрудничают, чтобы влиять на движение пыли и газа. Они также нашли, что две силы проявляют различные(другие) образцы в зависимости от физических свойств пыли и газа. С включением давления излучения в модель 2017 года удалось показать, как эти два фактора могут создавать спирали, также наблюдаемые у этой звезды. И в то время как планеты могут создавать такие фигуры в диска, новые модели показывают, что учёным надо пока повременить с поспешными выводами.

«Карл Саган говорил, что экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств. Я чувствую, что иногда мы слишко быстро подскакиваем к определённой идее. Например идее о том, что структуры, которые мы наблюдаем в дисках, вызваны присутствием планет. Именно это я и называю экстраординарным требованием. Сначала мы должны исключить все другие факторы, прежде чем сможем заявлять о чём-то».

Кухнер и его коллеги заявили, что будут продолжать занятия по включению других параметров, таких как турбулентность и различные типы газа и пыли, в своё моделирование. Они также намереваются смоделировать то, как эти факторы могли бы способствовать формированию текстур дисков вокруг других звёзд.

По информации НАСА.

Источник: www.theuniversetimes.ru