Ищите планеты там, где пыльно

Как известно, планеты формируются из пылевого диска. Поэтому логично предположить, что если где-то в космосе замечены облака пыли, то там могут также быть обнаружены и и планеты. Правда, Шон Реймонд из Обсерватории Бордо (Франция) и его коллеги-астрономы считают, что для этого протопланетный диск должен обладать достаточно большими размерами.

Фото:

По словам Реймонда, подобные образования могут достаточно быстро рассеиваться, например, под влиянием близлежащих планет-гигантов. В результате содержимое облака выбрасывается в межзвездное пространство. Если же диск остается стабильным, то это значит, что его содержимое постоянно пополняется за счет столкновения небольших тел, оставшихся в результате процесса планетообразования. При этом относительно большая величина пылевого диска говорит о том, что у системы стабильная орбитальная динамика, и в ней могут образовываться скалистые планеты, похожие на Землю.

Читайте также: Экзопланеты живут без правил

Во внутренних областях диска формирование твердых объектов длится от 10 до 100 миллионов лет под воздействием столкновений планетезималей размером с астероид, а также более крупных протопланет, по размерам близких к Луне и Марсу. Однако гигантские планеты в этих регионах формироваться не могут — не хватает массы для образования их ядер. Поэтому такие небесные тела возникают во внешних областях в удалении от центральной звезды, где благодаря низким температурам водородные соединения конденсируются и слипаются в ледяные глыбы.

В то же время, поскольку газовые гиганты формируются в течение первых миллионов лет после рождения протопланетного диска, они способны оказать воздействие и на внутренние области диска, влияя на происходящие в них процессы планетообразования. Чтобы выяснить, насколько сильно это воздействие, группа Шона Реймонда смоделировала на компьютере процессы образования планет из пылевых дисков.

Ученые рассмотрели несколько дисков, которые содержали 500 планетезималей и 50 протопланет общей массой в девять земных на расстоянии 0,5-4 астрономических единиц от материнской звезды, а кроме того, три газовых гиганта, расположенные от своего светила на расстоянии 5-10 астрономических единиц, и, наконец, внешнюю область планетезималей, масса которых составила 50-100 земных и которые отстоят от светила на расстояние 10-20 астрономических единиц (последняя является аналогом пояса Койпера, находящегося в Солнечной системе).

Согласно моделям, эти системы развивались на протяжении 100-200 миллионов лет. Исследователи построили в общей сложности более пятисот компьютерных моделей, на создание каждой из которых ушло от нескольких недель до полугода.

В процессе исследования выяснилось, что в зависимости от массы, орбиты и прочих характеристик протопланетных дисков и объектов возникал эффект гравитационной неустойчивости разной степени, порожденный газовыми гигантами, который мог привести к уничтожению планетезималей и заставить планеты изменить свое расположение.

Научная группа пришла к выводу, что, чем шире и массивнее внешние области диска, тем выше вероятность возникновения в них твердых планетных тел, поскольку расположенные в этих областях планетезимали способны уменьшить эксцентриситет орбиты газовых гигантов и тем самым снизить шансы на то, что объекты будут выброшены из системы гравитацией.

Любопытно, что, хотя в нашей Солнечной системе есть и скалистые планеты, и газовые гиганты с устойчивой орбитальной динамикой, в ней отсутствует пылевой диск. На самом деле, говорят ученые, пылевой диск существовал в первые 500 миллионов лет после образования Солнечной системы и рассеялся примерно 3,8 миллиарда лет назад, в результате тяжелой бомбардировки, когда под воздействием неустойчивой гравитации Юпитер и Сатурн удалились от Солнца, а Уран и Нептун врезались в тогдашний астероидный пояс, вытеснив большую часть его объектов в межзвездное пространство.

Одним из кандидатов в планетные системы является η Ворона, диск которой предположительно возник в результате столкновения между миром, похожим на Землю, и одной или несколькими кометами.

Между тем, как утверждают ученые, лишь каждая шестая звезда, возраст которой превышает миллиард лет, обладает пылевым диском. Причина этого, вероятно, в том, что у подавляющего большинства звезд просто нет достаточного количества материала для того, чтобы сформировать такой диск. Но это, конечно, не значит, что в подобных системах отсутствуют землеподобные миры.

"В качестве барометра можно рассматривать гигантские планеты, — отмечает Шон Реймонд. — Звезды с гигантскими планетами на далеких орбитах с малым эксцентриситетом — прекрасная среда для формирования планет земного типа". По словам ученого, у звезды с пылевым диском больше шансов заиметь планеты земной группы, особенно если поблизости нет "эксцентричного" гиганта. Но такие планеты могут быть и у светил, лишенных диска. Просто отыскать их сложнее.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"