Облака Оорта вокруг других звёзд

Десятилетиями учёные строили теории по поводу того, что на краю Солнечной системы, на расстоянии до 50 000 а.е. (0,79 светового года) от Солнца находится массивное облако ледяных планетезималей, известное, как облако Оорта. Считается, что кометы с долгим периодом обращения происходят именно из этого облака, названного в честь нидерландского астронома Яна Оорта. Однако пока что не получено ни одного прямого свидетельства существования этого облака.

Всё потому, что облако Оорта очень сложно наблюдать, поскольку оно отстоит далеко от Солнца и разбросано по очень большому участку пространства. Однако в недавнем исследовании команда астрофизиков из Университета Пенсильвании предложила радикально новую идею. Они считают, что используя карты реликтового излучения, полученные миссией Планк и другими телескопами, можно засечь наличие облаков Оорта вокруг других звёзд.

Исследование – “Разведка облаков Оорта вокруг звёзд Млечного пути при помощи обзоров реликтового излучения” – вёл Эрик Бакстер, постдок из Департамента физики и астрономии Пенсильванского университета. Ему помогали профессора университета, Кален Блэйк и Бхувнеш Джайн (наставник Бакстера).

Вспомним, что облако Оорта – это гипотетический участок космоса, простирающийся в диапазоне от 2000-5000 а.е. (0,03-0,08 световых лет) до 50 000 а.е. (0,79 световых лет) от Солнца – хотя по некоторым оценкам его радиус он может доходить и до 100 000 – 200 000 а.е. (1,58-3,16 световых лет). Облако Оорта, как и пояс Койпера и рассеянный диск, служит резервуаром из транснептуновых объектов, хотя он и находится в тысячу раз дальше от Солнца, чем они.

Считается, что это облако произошло из набора небольших ледяных тел, находившихся на расстоянии 50 а.е. от Солнца, когда Солнечная система была ещё молода. Со временем, как считается, орбитальные возмущения, вызванные гигантскими планетами, заставили те объекты, у которых были стабильные орбиты, сформировать пояс Койпера в плоскости эклиптики, а те, орбиты которых были более эксцентрическими и удалёнными – сформировать облако Оорта.

Поскольку существование облака Оорта сыграло важную роль в формировании Солнечной системы, логично предположить, говорят Бакстер с коллегами, что у других звёздных систем также есть свои облака Оорта, которые они называют экзооортовскими облаками (exo-Oort Clouds, EXOC). Как объяснил журналу Universe Today Бакстер:

Одним из предлагаемых механизмов формирования облака Оорта вокруг Солнца состоит в том, что взаимодействия с гигантскими планетами выбрасывали некоторые объекты протопланетного диска Солнечной системы на очень большие эллиптические орбиты. Затем на орбиты этих объектов повлияли близлежащие звёзды и галактические приливные силы, что заставило их отклониться от плоскости эклиптики и сформировать теперешнее сферическое облако Оорта. Можно представить, что сходный процесс мог происходить и вокруг другой звезды с гигантскими планетами, и мы знаем, что существует довольно много звёзд, имеющих гигантские планеты.

Как указали в своём исследовании Бакстер с коллегами, обнаружить EXOC сложно по той же причине, по которой у нас нет прямых свидетельств существования облака Оорта вокруг Солнечной системы. Во-первых, в облаке содержится мало материала – по оценкам его количество находится в диапазоне от нескольких единиц до двадцати масс Земли. Во-вторых, эти объекты располагаются очень далеко от Солнца, что означает, что они не отражают достаточно света и не испускают много тепла.

Поэтому Бакстер и его команда порекомендовали использовать карты неба, сделанные в миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн, чтобы искать признаки наличия облаков Оорта вокруг других звёзд. Такие карты благодаря миссиям вроде телескопа Планк, разметившего карту реликтового излучения, уже существуют. Как отметил Бакстер:

В нашей работе мы используем карты неба на частотах 545 и 857 ГГц, созданные на основе наблюдений спутника Планк. Планк был разработан исключительно для разметки РИ; тот факт, что можем использовать этот телескоп для изучения экзооортовских облаков и, в принципе, процессов, связанных с формированием планет, оказывается довольно неожиданным!

Идея весьма революционная, поскольку обнаружение EXOC не входило в планы миссии Планк. Размечая реликтовое излучение, послесвечение Большого взрыва, астрономы пытались разузнать больше сведений об эволюции Вселенной с её ранних лет, около 378 000 лет после Большого взрыва. Однако это исследование всё же основывается на предыдущей работе, которой руководил Алан Стерн (главный исследователь миссии “Новые горизонты“.

В 1991 году Стерн, совместно с Джоном Стоком (из Колорадского университета в Болдере) и Полом Вайсманом (из Лаборатории реактивного движения НАСА) проводил исследование под названием “Поиск экстрасолнечных облаков Оорта в IRAS“. В нём они предложили использовать данные инфракрасного астрономического спутника IRAS для поиска EXOC. Однако если то исследование концентрировалось на определённых длинах волн и 17 звёздных системах, Бакстер с командой полагаются на данные по десяткам тысяч систем и гораздо большему диапазону длин волн.

Среди других уже существующих и только планируемых к запуску телескопов, которые, как считают Бакстер с командой, смогут быть полезными в этом отношении, находятся телескоп на Южном полюсе, расположенный на антарктической станции Амундсен-Скотт; космологический телескоп Атакамаи обсерватория Симонс в Чили; субмиллиметровый телескоп большой апертуры на воздушном шаре (BLAST) в Антарктике; радиотелескоп Грин-Бэнкв Западной Виргинии, и другие.

“Более того, спутник Гайя недавно сделал очень точную разметку местоположения и расстояния до звёзд нашей Галактики, – добавил Бакстер. – В результате процесс выбора целей для поиска EXOC получается довольно простым. Для нашего анализа мы использовали комбинацию данных с Гайи и Планка”.

Для проверки своей теории учёные создали набор моделей теплового излучения EXOC. “Модели говорят о том, что обнаружение EXOC вокруг близлежащих звёзд (или хотя бы определение ограничений их свойств) вполне доступно при использовании существующих телескопов и наблюдений, – сказал он. – В частности, из моделей следует, что данные спутника Планк потенциально могут помочь нам достаточно близко подойти к обнаружению экстрасолнечного облака Оорта, похожего на наше, вокруг звезды, расположенной недалеко от нас”.

Кроме того, учёные также обнаружили намёк на сигнал вокруг некоторых рассмотренных ими звёзд – конкретно, в системах Вега и Фомальгаут. Используя эти данные, они смогли наложить ограничения на возможное существование EXOC на расстоянии от 10 000 до 100 000 а.е. от этих звёзд, что грубо совпадает с расстоянием от Солнца до нашего облака Оорта.

Однако перед тем, как подтвердить существование любых EXOC, необходимо будет провести дополнительные наблюдения. Скорее всего, в них будет участвовать телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021. А пока можно ожидать серьёзных последствий этого исследования для астрономов, и не только потому, что в нём для изучения внесолнечных участков используются существующие карты РИ. Как написал Бакстер:

Даже просто обнаружить EXOC было бы очень интересно, поскольку, как я уже упоминал, у нас нет прямых доказательств существования нашего собственного облака Оорта. Если мы обнаружим экстраоортовское облако, это, в принципе, может дать нам новые идеи по поводу процесса формирования планет и эволюции протопланетных дисков. Представьте, к примеру, что мы обнаружим экстраоортовские облака только вокруг тех звёзд, у которых есть гигантские планеты. Это будет довольно убедительным свидетельством того, что формирование облака Оорта связано с гигантскими планетами, как говорят популярные теории, касающиеся формирования нашего собственного облака Оорта.

С расширением знаний о нашей Вселенной, учёные всё больше интересуются тем, что общего есть у Солнечной системы с другими звёздными системами. Это в свою очередь помогает нам узнать больше о формировании и эволюции нашей собственной системы. Также это даёт возможные намёки на то, как Вселенная менялась со временем, и, возможно, даже где мы сможем когда-нибудь отыскать жизнь.

Перевод: https://golovanov.net/2018/08/30/230/

Источник: vk.com