Одна з найгарячіших астрофізичних тем - полювання на планети, подібні до Землі навколо інших зірок, щойно отримала важливий поштовх від нових спектральних спостережень за допомогою інструменту MIDI на Інтерферометрі VLT ESO (VLTI).
Міжнародна команда астрономів [2] отримала унікальні інфрачервоні спектри пилу у найпотаємніших областях протопланетних дисків навколо трьох молодих зірок - зараз у стані, можливо, дуже схожому на стан Сонячної системи, приблизно 4500 мільйонів років тому.
Повідомляючи у цьому випуску цього тижневого наукового журналу Nature, і завдяки неперевершеному, гострому та проникливому погляду інтерферометрії вони показують, що в усіх трьох потрібних інгредієнтах є правильне місце для початку формування скелястих планет на цих зірках.
"Пісок" у внутрішніх областях зоряних дисків
Сонце народилося близько 4500 мільйонів років тому від холодної та масивної хмари міжзоряного газу та пилу, що обвалилися під його власним гравітаційним тягою. Навколо молодої зірки був пильний диск, в якому згодом утворилися Земля та інші планети, а також комети та астероїди.
Ця епоха давно минула, але ми все ще можемо стати свідком того самого процесу, спостерігаючи інфрачервоне випромінювання від зовсім молодих зірок та запилених протопланетних дисків навколо них. Поки що, наявні прилади не дозволяли вивчити розподіл різних компонентів пилу на таких дисках; навіть найближчі відомі занадто далеко, щоб найкращі поодинокі телескопи вирішили їх. Але тепер, як пояснює Франческо Парес, науковий співробітник з Інтерферометра VLT та член команди ESO: «За допомогою VLTI ми можемо поєднати світло двох добре відокремлених великих телескопів, щоб отримати безпрецедентний кутовий дозвіл. Це дозволило нам вперше зазирнути безпосередньо до найпотаємнішої області дисків навколо деяких сусідніх молодих зірок, саме там, де ми очікуємо, що планети на зразок нашої Землі формуватимуться чи скоро формуватимуться ».
Зокрема, нові інтерферометричні спостереження трьох молодих зірок міжнародною командою [2], використовуючи комбіновану потужність двох 8,2-метрових телескопів VLT на відстані сто метрів, досягли достатньої чіткості зображення (близько 0,02 арксек.) Для вимірювання інфрачервоного випромінювання внутрішня область дисків навколо трьох зірок (що відповідає розміру орбіти Землі навколо Сонця) та викид із зовнішньої частини цих дисків. Відповідні інфрачервоні спектри дали важливу інформацію про хімічний склад пилу в дисках, а також про середній розмір зерна.
Ці спостереження показують, що внутрішня частина дисків дуже багата кристалічними силікатними зернами (пісок) із середнім діаметром близько 0,001 мм. Вони утворюються коагуляцією значно менших, аморфних пилових зерен, які були всюдисущими в міжзоряній хмарі, що породило зірки та їх диски.
Модельні розрахунки показують, що кристалічні зерна повинні бути рясно присутніми у внутрішній частині диска під час утворення Землі. Насправді метеорити у нашій власній Сонячній системі в основному складаються з цього виду силікату.
Голландський астроном Ренс Уотерс, член команди Астрономічного інституту Амстердамського університету, в захваті: "З усіма інгредієнтами на місці і утворенням більш крупних зерен із пилу, що вже почалися, утворенням більших і більших шматочків каменю та нарешті, Земляні планети з цих дисків майже неминучі! "
Перетворення зерен
Вже деякий час відомо, що більша частина пилу на дисках навколо новонароджених зірок складається з силікатів. У натальній хмарі цей пил є аморфним, тобто атоми та молекули, що утворюють пилеве зерно, збираються хаотично, а зерна пухнасті та дуже дрібні, зазвичай розміром приблизно 0,0001 мм. Однак поблизу молодої зірки, де температура і щільність є найвищими, пилові частинки в окружному диску, як правило, злипаються, так що зерна стають більшими. Більше того, пил нагрівається зоряним випромінюванням, і це змушує молекули в зернах переставлятись за геометричними (кристалічними) візерунками.
Відповідно, пил у дискових областях, які є найближчими до зірки, незабаром перетворюється з «первозданних» (малих та аморфних) у «оброблені» (більші та кристалічні) зерна.
Спектральні спостереження силікатних зерен в області середньої інфрачервоної хвилі (близько 10 м м) покажуть, чи є вони "незайманими" чи "обробленими". Раніші спостереження дисків навколо молодих зірок показали, що суміш незайманих та оброблених матеріалів є присутнім, але поки що неможливо було сказати, де в дисках мешкали різні зерна.
Завдяки стократному збільшенню кутової роздільної здатності за допомогою VLTI та високочутливого інструменту MIDI, детальні інфрачервоні спектри різних областей протопланетних дисків навколо трьох новонароджених зірок, лише кілька мільйонів років, тепер показують, що пил близький до зірка набагато більш оброблена, ніж пил у зовнішніх областях диска. У двох зірках (HD 144432 та HD 163296) пил на внутрішньому диску досить оброблена, тоді як пил на зовнішньому диску майже незаймана. На третій зірці (HD 142527) пил обробляється на всьому диску. У центральній області цього диска він надзвичайно оброблений, узгоджується з повністю кристалічним пилом.
Важливим висновком із спостережень VLTI є те, що будівельні блоки для планет, подібних до Землі, є у циркулярних дисках з самого початку. Це має велике значення, оскільки це вказує на те, що планети земного (скелястого) типу, як Земля, швидше за все, досить поширені в планетарних системах, також поза Сонячною системою.
Первозданні комети
Справжні спостереження також мають наслідки для вивчення комет. Деякі - можливо, всі - комети Сонячної системи містять як незайманий (аморфний), так і оброблений (кристалічний) пил. Комети, безумовно, утворювалися на великих відстанях від Сонця, у зовнішніх районах Сонячної системи, де завжди було дуже холодно. Тому незрозуміло, як оброблені пилові зерна можуть потрапити в комети.
В одній теорії оброблений пил транспортується назовні від молодого Сонця турбулентністю в досить щільному циркулярному диску. Інші теорії стверджують, що оброблений пил в кометах вироблявся локально в холодних регіонах протягом набагато більш тривалого часу, можливо, ударними хвилями або блискавками в диску, або частими зіткненнями між більшими осколками.
Теперішня команда астрономів робить висновок, що перша теорія є найбільш вірогідним поясненням наявності переробленого пилу в кометах. Це також означає, що комети довгострокового періоду, які іноді відвідують нас із зовнішніх ділянок нашої Сонячної системи, є справді первозданними тілами, що відносяться до епохи, коли Земля та інші планети ще не були сформовані.
Отже, дослідження таких комет, особливо, коли вони проводяться in situ, забезпечать прямий доступ до оригінального матеріалу, з якого утворилася Сонячна система.
Більше інформації
Результати, представлені в цій PR-програмі ESO, більш детально представлені в дослідницькому документі "Складові планети в" земному "регіоні протопланетних дисків" Роя ван Бокеля та співавторів (Природа, 25 листопада 2004 р.). Спостереження були зроблені в ході ранньої програми демонстрації науки ESO.
Примітки
[1]: Цей прес-реліз ESO видається у співпраці з Астрономічним інститутом Амстердамського університету, Нідерланди (NOVA PR) та Інститутом Max-Planck-Institut для астрономії (Гейдельберг, Німеччина (MPG PR)).
[2]: До складу команди входять Рой ван Бокель, Міхель Мін, Ренс Уотерс, Карстен Домінік та Алекс де Котер (Астрономічний інститут, Амстердамський університет, Нідерланди), Крістоф Лейнерт, Олів'є Чесно, Уве Грейзер, Томас Геннінг, Райнер К Флер і Френк Пшигодда (Інститут Макса-Планка-Астрономія, Гейдельберг, Німеччина), Андреа Річічі, Себастьєн Морель, Франческо Паресце, Маркус Шлерлер і Маркус Вітцьковський (ESO), Вальтер Джафф та Йероен де Йонг (Обсерваторія Лейдена , Нідерланди), Енн Датрі та Фаб'єн Мальбет (Обсерваторія де Бордо, Франція), Бруно Лопес (Обсерваторія Лазурного берега, Ніцца, Франція), Гай Перрін (LESIA, Обсерваторія Парижа, Франція) та Томас Прейбіш (Макс -Планк-Інститут радіоастрономії, Бонн, Німеччина).
[3]: Інструмент MIDI є результатом співпраці між німецькими, голландськими та французькими інститутами. Додаткову інформацію див. У розділі ESO PR 17/03 та ESO PR 25/02.
Оригінальне джерело: Новини ESO
