Фабрика по выпуску контрабандных комет

Иногда бывает так, что астрономы стремятся найти одно, а находят совершенно другое явление, причем не менее интересное. Так, группа ученых под руководством Нинке ван дер Марель, используя данные радиотелескопа ALMA, искали место, в котором можно проследить начальные этапы зарождения планет. А в итоге наткнулись на фабрику, производящую кометы!

Радиотелескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), построенный в Атакаме большой комплекс радиотелескопов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, позволит ученым разглядеть мелкодисперсные образования в невероятных космических далях. Для этого создан уникальный комплекс приборов, и первые открытия по данным этого телескопа позволяют оценивать размеры и рост пылинок в протопланетных дисках. Из этого "строительного материала" воссоздаются более крупные тела, а затем формируются планеты и спутники… Поэтому очень важно исследовать самое начало эволюции протопланетного вещества.

АLMA — единственный в своем роде наиболее точный радиотелескоп, расположенный на плато Чахнантор в Чили, высоко в горах. На сегодняшний день он представляет собой настоящее достояние человечества, появившееся как результат международного партнерства ученых Европы и Америки. Уже заработали 66 антенн на высоте 5000 м над уровнем океана, эти прецизионные устройства сохраняют свои параболические конфигурации (при морозе и ветре!) с точностью почти невероятной — человеческий волосок гораздо толще допустимых вариаций.

Пылевые частицы в космосе — интереснейший компонент для исследований. Ранее увидеть космическую пыль было сложно: помогали косвенные проявления. Космическая пыль могла закрывать нечто светящееся, или освещаться, проявляя себя. Открытие, сделанное на телескопе ALMA, наконец-то позволило досконально разобраться с механизмом роста размера частиц в протопланетных дисках и образования из них тел значительных размеров.

Экзопланеты, методы наблюдений для которых позволяют их обнаруживать день за днем во все возрастающем количестве, и наша Солнечная система с гораздо более исследованными планетами озадачивает ученых-планетологов главной проблемой — что представляет собой конкретный механизм образования этих небесных тел? Гипотезы есть самые разные, но для полноты картины формирования планет доказательств у астрофизиков пока недостаточно.

Разработаны специалистами компьютерные модели, начинающиеся с процесса слипания пылевых мелких частиц, это первый этап коагуляции материи. После первичного роста размеров частиц прогнозируется второй этап — столкновения укрупненных масс вещества опять же приводят к их дроблению, или фрагментации на меньшие по размеру тела. При частых взаимных столкновениях теряется часть кинетической энергии, обломки и пыль должна высыпаться на центральное гравитирующее тело, выбывая из игры и уменьшая количество материи в протопланетном диске, где создаются планеты. Где же, в конце концов, наиболее вероятно создание планет, а где останутся обломки, подобные малым телам, но уже "обкатанные" в столкновениях? На эти и множество иных вопросов надо дать ответ, и помочь в этом могут данные ALMA и имеющиеся подсказки планет Солнечной системы.

Для конструирования новейших моделей, призванных уточнить и исправить старые модели, основанные на априорных заданиях начальных условий, сотрудники (Нидерланды) и аспирантка Нинке ван дер Марель исследовали околозвездный диск в системе Oph-IRS 48 на расстоянии в 400 световых лет от Земли, используя данные радиотелескопов комплекса ALMA, и обнаружили в диске особенности, проливающие свет на трансформации материи при формировании укрупняющихся частиц.

В диске выявлен кольцевой зазор — предположительно созданный еще не открытой планетой, прочистившей пыль в пространстве вокруг себя благодаря своей гравитации. Изменив условия наблюдения, ученые смогли рассмотреть расположение пыли более крупного, миллиметрового размера, и тогда обнаружилось обстоятельство, что для крупной пыли нет кольцеобразной щели! "Сначала форма, образованная частицами пыли, стала для нас полной неожиданностью, — комментирует Нинке ван дер Марель — вместо кольцеобразной структуры, которую мы ожидали увидеть на снимке, обнаружилась форма, в точности похожая на орех кешью! Нам пришлось убеждать себя, что это образование реально, но сила сигнала и четкость наблюдений ALMA не оставляли сомнений относительно ее структуры".

Компьютерное моделирование подтвердило, что при однократном возникновении такой неоднородности в протопланетном диске она может накапливать все большее количество частиц на протяжении длительного времени. Следовательно, астрономы обнаружили регион в протопланетном газопылевом диске, где пыль крупного размера была поймана в ловушку, по изогнутой форме напоминающей орех кешью. Нечто вроде центральной части ловушки, в которой пыль может расти, не дробясь при столкновениях, ибо скорость всех частиц в таком центре очень мала. Тамошние пылевые частицы слипаются и растут до еще более значительных размеров. Она напоминает "око" циклона — спокойный его центр, вокруг которого несется циклонический вихрь в атмосфере.

Специалисты обсуждают полученные наблюдения, отмечая, что микрометровые гранулы зоны "ореха кешью" вряд ли могут быть зародышами планет. Это расположение слишком далекое от центрального светила. На таких расстояниях, о которых говорят астрономы, скорее всего могут формироваться только лишь малые тела, а не планеты. Поэтому авторы исследования говорят о том, что "мы видим какую-то разновидность "фабрики комет", в которой миллиметровая пыль может вырасти до объектов кометного размера", уверена Нинке ван дер Марель.

Здесь следует заметить, что качество пылевых частиц конкретно не исследовано и состав их неизвестен. Кометные тела в Солнечной системе состоят из смеси кометного льда с минеральными примесями, и почему преимущественно кометы "водяные" — пока тоже является загадкой. Типично ли это для иных планетных систем, или в Солнечной системе своя популяция малых тел именно такого состава?

Астрономы ожидают ввода в строй новых мощностей массива радиотелескопов ALMA, поскольку стартовавший комплекс пока ввел в строй всего половину прецизионных приемников. По мере улучшения наблюдений в будущем имеется возможность проанализировать пылевые ловушки ближе к звезде, где могут быть выявлены регионы формирования экзопланет. Совершенствование методов и точность наблюдений в радиодиапазоне ALMA открывает замечательные перспективы в исследовании эволюции протопланетных облаков пылевой материи.