Протопланета загнала частицы пыли в ловушку
Астрономы пришли к выводу, что пылевые ловушки в протопланетном диске могут создаваться протопланетами. Пылевые ловушки представляют собой области высокого давления, которые помогают частицам пыли в протопланетном диске избежать радиального дрейфа, одного из барьеров на пути к образованию планетезималей. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal.
Планетные системы, подобные Солнечной системе, появляются из газопылевого диска вокруг молодой звезды. Частицы пыли в нем, хаотически двигаясь вместе с потоками газа, сталкиваются и слипаются, образуя небольшие комки. Изначально их размер не превышает всего нескольких сантиметров, однако постепенно комки космической пыли наращивают массу и собираются в гораздо более крупные тела — планетезимали, которые служат «зародышами» планет.
Чтобы комки пыли могли стать планетезималями, им необходимо преодолеть несколько препятствий. Одно из них — радиальный дрейф к материнской звезде. Из-за баланса давления, гравитации и центробежной силы скорость вращения газа вокруг звезды оказывается меньше, чем скорость свободных тел на таком же расстоянии. Как следствие, частицы размером более нескольких миллиметров опережают газ, а встречный поток их затормаживает их и вынуждает по спирали опускаться к звезде. Чем крупнее становятся пылинки, тем быстрее они падают туда, где они испарятся и разрушатся.
По мнению ученых, эту проблему могли бы решить пылевые ловушки — области высокого давления, где дрейфовое движение частиц замедляется, что позволяет им сбиваться друг с другом и разрастаться. Авторы новой работы предположили, что новые пылевые ловушки могут образовываться благодаря уже сформировавшимся в диске протопланетам.
Астрономы с помощью телескопа ALMA получили изображение газопылевого диска вокруг звезды V1247 Ориона. В нем хорошо видны четкое центральное кольцо и небольшая серповидная структура во внешней части. Между двумя частями диска пролегает большая темная полоса: авторы работы предполагают, что она могла быть образована движущейся протопланетой.
Небесное тело, согласно симуляциям, должно находиться на расстоянии примерно 100 астрономических единиц от материнской звезды. Моделирование также показало, что протопланета, вращаясь вокруг родительской звезды, создает по обеим сторонам от себя области высокого давления — пылевые ловушки. В протопланетном диске V1247 Ориона пылевая ловушка представлена внешней серповидной структурой. В ней скапливаются небольшие комки пыли, которые позже превратятся в планетезимали. Кроме того, исследователи обнаружили признаки существования другой пылевой ловушки — она находится рядом с серповидной структурой, но во внутренней части диска. Открытие ученых говорит в пользу протопланетарного механизма возникновения областей высокого давления, однако сам «зародыш» планеты им пока обнаружить не удалось.
Ранее астрономы показали, что пылевые ловушки могут возникать благодаря обратному аэродинамическому сопротивлению. В этом случае скопление частиц пыли может менять структуру газа в диске. Обе теории не являются взаимоисключающими — они, скорее, дополняют друг друга и в будущем их можно будет проверить дополнительными наблюдениями.
Благодаря телескопу ALMA астрономы смогли сфотографировать множество далеких звезд и протопланетных дисков. Ученые запечатлели спиральные рукава в газопылевом диске, а также увидели процесс рождения тройной звезды. Кроме того, недавно ALMA получил изображение Солнца и начал снимать ближайшие окрестности черной дыры.
Его происхождение пока неясно
Космический телескоп TESS обнаружил новый горячий нептун, который обладает аномально большой плотностью среди подобных экзопланет. Кроме того, экзопланета попадает в зону «пустыни горячих нептунов», природа которой неясна. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Явление «пустыни горячих нептунов» заключается в наблюдаемом дефиците экзопланет с радиусами от 2 до 9 радиусов Земли и массами от 10 до 250 масс Земли, которые обладают орбитальными периодами менее пяти дней. Его нельзя объяснить особенностями методик наблюдений, так как планеты, размером с Нептун и короткими орбитальными периодами, достаточно легко обнаружить при помощи транзитного метода. Предполагается, что возникновение «пустыни горячих нептунов» может быть связано с фотоиспарением газовых оболочек короткопериодных экзопланет под действием излучения звезд, неустойчивостью орбит планет при их миграции внутрь системы или процессами в протопланетном диске на этапе формирования планет. Группа астрономов во главе с Аресом Осборном (Ares Osborn) из Уорикского университета сообщила об обнаружении нового представителя горячих нептуноподобных экзопланет, который обращается вокруг звезды TOI-332. Первоначально кандидата обнаружил транзитным методом космический телескоп TESS, , затем открытие подтвердилось по фотометрическим данным наземных телескопов и спектроскопическим данным от инструмента HARPS. TOI-332 представляет собой оранжевый карлик с массой 0,88 массы Солнца и радиусом 0,87 радиуса Солнца. Звезда находится в 726,8 светового года от Солнца и характеризуется возрастом пять миллиардов лет. Вокруг карлика обращается экзопланета с радиусом 3,2 радиуса Земли и массой 57,2 массы Земли. Равновесная температура TOI-332b составляет 1871 кельвин, а орбитальный период — 0,77 дня, она попадает в «пустыню горячих нептунов». При этом планета обладает одной из самых больших плотностей среди всех обнаруженных на сегодняшний день планет размером с Нептун, которая составляет 9,6 грамма на кубический метр. Исследователи считают, что TOI-332b обладает незначительной водородно-гелиевой атмосферой, 30 процентов ее массы составляет железное ядро, 43 процента — твердая мантия, а еще 27 процентов массы приходятся на воду. Процесс фотоиспарения не способен объяснить потерю массы атмосферой экзопланеты, если предположить, что изначально она была похожа на Юпитер. Возможно, удалению газовой оболочки способствовали столкновения с другими телами или миграция с высоким эксцентриситетом или же планета изначально аккрециировала мало газа на этапе образования. Ранее астрономы обнаружили в «пустыне нептунов» первое обнаженное ядро экзопланеты.