Угарный газ молодой звезды указал на столкновение протопланет

В результате столкновения с планеты сорвало часть атмосферы. Свои доводы в пользу этого предположения ученые изложили в статье, опубликованной в Nature. HD 172555 — это молодая звезда спектрального класса А, которая находится на расстоянии в 91 световой лет от нас. Это большая звезда, масса которой составляет 1,76 солнечной массы, а светимость больше солнечной в 7,7 раза. Проведенные ранее исследования показали, что звезда окружена пылевым диском, диаметр которого достигает десяти астрономических единиц.

Исследователи из Массачусетского технологического института предположили, что этот диск может нести в себе следы гигантских столкновений между молодыми земле подобными планетами и протопланетными телами, диаметр которых составляет несколько тысяч километров. Возраст HD 172555 составляет всего 23 миллиона лет и ее система находится на стадии активного планетообразования. Современные модели образования планетных систем показывают, что на этом этапе их эволюции подобные гигантские столкновения должны быть обычным явлением. Для проверки своих предположений исследователи использовали данные Большого миллиметрового радиотелескопа атаками. С его помощью они установили, что в пылевом диске вокруг HD 172555 присутствует большое количество угарного газа (СО). При этом этот газ концентрируется в кольце, центр которого находится на расстоянии в 7,5 астрономической единицы. Ширина полосы составляет 3,3 астрономической единицы, а толщина определена как очень небольшая по сравнению с шириной. Количество СО в этой зоне оценивается около 0,001% от массы Земли.

Объяснить присутствие этого газа можно несколькими способами. Во-первых, угарный газ может остаться после образования системы. В конце концов, ее возраст является небольшим и начальные молекулы СО просто не успели распасться под действием света звезды. Но большинство молодых звезд класса, А теряют свои протопланетные диски в первые три миллиона лет существования. А там, где они остаются, ширина их измеряется десятками и сотнями астрономических единиц. Пылевой диск HD 172555 — слишком маленький и узкий для того, чтобы стать первичным протопланетным диском. А значит и газ (СО)не мог просто остаться с момента образования системы.

Во-вторых, угарный газ мог выделиться в результате столкновений между небольших астероидов и обломков, из которых состоит диск. Однако минералогический состав диска (наличие аналога хондритов Солнечной системы) указывает на то, что энергия столкновений в прошлом была больше, чем это возможно при столкновении небольших астероидов. Кроме того, газовое кольцо HD 172555 расположено в зоне, соответствующему пояса астероидов Солнечной системы. А на таком расстоянии угарный газ просто не мог за консервироваться в недрах «космических айсбергов».

В-третьих, источником газа может быть какой-то внешний резервуар. Например, его могли занести на диск кометы, которые залетели из местного аналога пояса Койпера, который мы сейчас просто не видим. Но кольцо газа слишком узкое и равномерное для того, чтобы его образовали много обычных комет, диаметр которых редко превышает десять километров. Для этого этим кометам сначала надо было перейти на круговые орбиты на указанном расстоянии, а причин, почему это могло произойти ученые не видят. Для объяснения такой картины распределения пыли и газа необходима одна супер комета размером по крайней мере половины Плутона, которая залетела во внутреннюю систему и разрушилась в результате одного единственного гигантского столкновения.

Гигантское столкновение двух тел, размеры которых сравнимы с размерами Земли остается единственным способом объяснить существование газового кольца вокруг HD 172555. Модели образования планетных систем показывают, что у них на начальной стадии существования и так есть избыток протопланет, которые время от времени сталкиваются между собой. В частности, одним из объяснений существования Луны является столкновение Земли с крупным небесным телом на начальной стадии ее существования. Большое железное ядро ​​Меркурия и обратное вращение Венеры тоже можно объяснить таким же образом.

Если угарный газ в системе HD 172555 образовался в результате гигантского столкновения, то его анализ позволяет установить некоторые параметры этого столкновения. Например, равномерность распределения этого газа в диске указывает на то, что произошло столкновение около 200 000 лет назад. Тогда неизвестное тело столкнулось с суперземлей массой около восьми масс Земли. При этом часть атмосферы планеты, состав которой напоминал атмосферу Венеры, была отнесена в космос и образовала газовое кольцо, которое и наблюдается сейчас.

Исследования газопылевых дисков вокруг других звезд позволяют подкрепить наблюдениям теоретические представления о процессах образования планетных систем. Так планетоземные пояса могут образовываться без длительного диска, а недавно астрономы впервые увидели формирования спутника из газопылевого диска экзопланеты. В нашей собственной системе этот диск от Солнца, Юпитер мог поделить пополам, через что планеты так сильно отличаются между собой.

Фото в анонсе: Rice University

Перевод материала nauka.ua