Коричневые карлики пестуют свои планетки

Слабо светящиеся звезды составляют весьма значительную часть звездного населения. Среди них есть такие, вокруг которых вращаются принадлежащие им планеты. Только вот до сих пор непонятно: возникли ли они естественным путем или были захвачены извне? Новое исследование астрономов чуть-чуть приоткрывает плотную завесу тайны над этой старой загадкой.

Фото:

Для того, чтобы "увидеть" коричневые карлики, нужно регистрировать излучение в инфракрасном диапазоне, поскольку они излучают тепло. Исследование и типизация таких звезд берет свое начало с 1995 года, когда впервые было подтверждено реальное существование коричневого карлика, а в настоящее время астрономы полагают, что подобные звезды в нашей галактике Млечный путь являются наиболее многочисленными! Первая сотня коричневых светил уже достаточно изучена, а грядущий "улов" должен быть огромным.

Коричневые карлики могут быть отдельными звездами, либо входить в двойные или кратные системы. Масса этого типа светил невелика, но в десятки раз превышает массу Юпитера, за верхний оценочный предел принято считать 80 масс гиганта из Солнечной системы. Курьезной особенностью является радиус коричневых карликов, равный радиусу нашего Юпитера, хотя массы могут варьировать в достаточно широких пределах — такова физика этих объектов. Их нужно отличать от экзопланет, которые тоже могут быть очень похожи на данные звезды.

Читайте также: В космосе найдены "планеты лилипутов"

Систематика и идентификация коричневых карликов весьма кропотлива и сложна, но среди них есть такие, вокруг которых вращаются принадлежащие им планеты. Только вот до сих пор непонятно: возникли ли они естественным путем или были захвачены извне? Это очень интересно, потому что коричневые карлики очень многочисленны, и планет при них — в случае естественного формирования — должна быть тьма-тьмущая!

Поэтому так любопытна работа в координированном проекте (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, ALMA) Европейской космической обсерватории, в котором объединены радиотелескопы, работающие в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. В исследовании аккреционного пылевого диска вокруг коричневого карлика выявилась поразительная особенность: диск содержал довольно крупные частицы, твердые зерна миллиметрового размера.

Раньше такие частицы встречали исключительно в плотных протопланетных дисках вокруг нарождающихся звезд. Следовательно, надо пересматривать теорию формирования каменистых планет земного типа. Особенно важным может оказаться их огромное количество при планомерном возникновении в системах коричневых карликов.

Объект, вызвавший эту сенсацию — молодой коричневый карлик в области звездообразования в созвездии Змееносца, он носит имя Ро Змееносца 102, его диск оказался "гранулированным", а не мелкодисперсным пылевым образованием. При массе этого коричневого карлика примерно в шестьдесят юпитерианских масс в его недрах не могут гореть устойчивые термоядерные реакции, как это бывает у более массивных сияющих звезд, подобных Солнцу.

Но, тем не менее, он мощно излучает тепло, то есть светится в инфракрасном диапазоне, ну, а если учесть, что гравитация сжимает звезду, а конвекция бурлит и перемешивает нагретое вещество коричневого карлика, который может излучать тусклое красноватое свечение в видимом диапазоне, то получается, что если вокруг него вращаются планеты, они будут получать достаточное количество тепловой энергии!

На вопрос о возникновении протопланетных объектов планетезималей всегда предлагался один ответ: если пылевые частицы вырастают до миллиметровых размеров, их дальнейшее укрупнение предопределено. Оно становится определяющим, вызывая дальнейшее объединение трансформированной материи в тела планет. Так возникают подобные Земле планеты: от случайных столкновений протовещества в диске, сформированного вокруг звезды. Микроскопические частички вещества протопланетного диска сталкиваются и слипаются, они похожи на очень мелкий песок или сажу.

Относительно развития планетообразующих процессов у коричневых карликов — скепсис астрономов был весьма силен. Диски вокруг этих звезд, как полагали специалисты, сильно разрежены, соответственно вещества вокруг маломассивных карликов должно быть меньше, чем вокруг гораздо более крупных обычных светил. Быстрое же движение частиц при слабом гравитационном воздействии не способствует слипанию. Отсюда следовало предположение о том, что возникновение планет вокруг черных карликов скорее всего невозможно, тем более, что случайно возникшие укрупненные частицы под действием гравитации устремляются к ее центру, утекая из внешних частей пылевого диска, где они могут быть обнаружены.

Только современные технические возможности проекта ALMA позволили обнаружить истинное положение вещей. Объединение группы радиотелескопов позволило добиться в условиях наземных наблюдений сильного увеличения чувствительности к излучению с длиной волны порядка миллиметра. Это излучение генерировано веществом диска, нагреваемого излучением коричневого карлика. Объяснение результатов таково: обычно пылевые частицы диска практически не излучают энергии на волнах, длина которых больше размера частиц.

При этом на волнах, несколько превышающих размеры частиц, обычно выявляется заметное и резкое падение яркости. В проведенном эксперименте сравнение яркости диска на длинах волн 0,89 мм и 3,20 мм не был обнаружен резкий скачок яркости, который должен был проявиться. Это может быть свидетельством наличия некоторого количества пылевых частиц в диске, имеющих размеры порядка миллиметра или даже больше.

Ведущий специалист Лука Риччи (Luca Ricci) из Калифорнийского технологического института (США) комментирует результаты: "Для нас было полной неожиданностью обнаружить зерна миллиметрового размера в столь тонком и эфемерном пылевом диске, твёрдые частицы пыли такого размера, вообще говоря, не должны формироваться в холодных внешних областях диска, окружающего коричневый карлик, но, кажется, это все-таки происходит. Мы не знаем, может ли там образоваться целая каменистая планета, но видим начало определенных шагов в этом направлении, а потому нам придется изменить наши представления об условиях, при которых размеры твёрдых образований могут начать расти".

Еще один результат получен благодаря высокому разрешению в группе телескопов ALMA: в окрестности коричневого карлика были обнаружены признаки СО, угарного газа. Это первый случай регистрации холодного молекулярного газа в диске вокруг звезды подобного типа. Ранее угарный газ обнаруживали только в дисках молодых светил, так же, как и пылевые зерна миллиметрового размера, что свидетельствует о возможной общности процессов, протекающих вокруг таких разных звезд!

Следует заметить, что совокупная масса аккреционного диска вокруг Ро Змееносца 102 составляет по расчетам около 0,3-1 процента от массы самого коричневого карлика, а диаметр — около 40 а. е. Все эти показатели соответствуют параметрам обычных звезд небольшой массы. Так что, возможно, около этой звезды действительно существуют планеты, похожие на нашу. Ну, а раз так, то не исключено, что их кто-нибудь населяет…