Научно точная модель Beta Pictoris и ее диска. нажмите, чтобы увеличить
Диски газа и пыли, которые окружают новорожденных звезд, известны как протопланетные диски; которые, как полагают, являются областями, где планеты в конечном счете сформируются. Эти диски исчезают по мере взросления звезд, но некоторые звезды все еще можно увидеть с облаком материала вокруг них, называемым дисками для мусора. Одним из самых известных из них является диск, окружающий Бета-Пикторис, расположенный всего в 60 световых годах от нас.
Планеты образуются в дисках из газа и пыли, которые окружают новорожденных звезд. Такие диски называются протопланетными. Пыль в этих дисках превращается в каменистые планеты, подобные Земле, и внутренние ядра гигантских газовых планет, таких как Сатурн. Эта пыль также является хранилищем элементов, которые составляют основу жизни.
Протопланетные диски исчезают по мере взросления звезд, но у многих звезд есть так называемые диски-осколки. Астрономы предполагают, что как только такие объекты, как астероиды и кометы рождаются из протопланетного диска, столкновения между ними могут привести к образованию вторичного пылевого диска.
Наиболее известным примером таких пылевых дисков является тот, который окружает вторую по яркости звезду в созвездии Пиктора, что означает «мольберт художника». Эта звезда, известная как Beta Pictoris или Beta Pic, является очень близким соседом Солнца, всего в шестидесяти световых годах от нас, и поэтому ее легко изучить в мельчайших деталях.
Бета-изображение в два раза ярче Солнца, но свет от диска намного слабее. Астрономы Смит и Терриль были первыми, кто обнаружил этот слабый свет в 1984 году, блокируя свет от самой звезды, используя технику, называемую коронографией. С тех пор многие астрономы наблюдали диск Бета-Пика, используя все более совершенные инструменты и наземные и космические телескопы, чтобы детально понять место рождения планет и, следовательно, жизнь.
Команда астрономов из Национальной астрономической обсерватории Японии, Университета Нагоя и Университета Хоккайдо впервые объединила несколько технологий для получения инфракрасного поляризационного изображения диска Beta Pic с лучшим разрешением и более высоким контрастом, чем когда-либо прежде: телескоп с большой апертурой ( телескоп Subaru с его большим 8,2-метровым основным зеркалом), технологией адаптивной оптики и коронографическим томографом, способным снимать изображения с различной поляризацией (Coronagraphic Imager с адаптивной оптикой Subaru, CIAO).
Телескоп с большой апертурой, особенно с отличным качеством изображения Subaru, позволяет видеть слабый свет с высоким разрешением. Технология адаптивной оптики уменьшает искажающее воздействие атмосферы Земли на свет, позволяя проводить наблюдения с более высоким разрешением. Коронография - это метод блокирования света от яркого объекта, такого как звезда, чтобы видеть более слабые объекты рядом с ним, такие как планеты и пыль, окружающие звезду. Наблюдая за поляризованным светом, можно отличить отраженный свет от света, исходящего непосредственно от его исходного источника. Поляризация также содержит информацию о размере, форме и расположении пыли, отражающей свет.
Благодаря такому сочетанию технологий команде удалось наблюдать бета-пик в инфракрасном диапазоне с длиной волны два микрометра с разрешением в одну пятую доли секунды. Это разрешение соответствует возможности видеть отдельное зерно риса с расстояния в одну милю или семя горчицы с километра. Достижение этой резолюции представляет собой огромное улучшение по сравнению с сопоставимыми предыдущими поляриметрическими наблюдениями 1990-х годов, которые имели только разрешение около полутора угловых секунд.
Новые результаты убедительно свидетельствуют о том, что диск Бета-Пика содержит планетезимали, астероиды или кометоподобные объекты, которые сталкиваются с образованием пыли, отражающей свет звезд.
Поляризация света, отраженного от диска, может раскрыть физические свойства диска, такие как состав, размер и распределение. Изображение света длиной в два микрометра показывает длинную тонкую структуру диска, видимую почти на краю. Поляризация света показывает, что десять процентов света в два микрометра поляризованы. Структура поляризации указывает на то, что свет является отражением света, исходящего от центральной звезды.
Анализ того, как яркость диска изменяется с удалением от центрального, показывает постепенное уменьшение яркости при небольших колебаниях. Небольшое колебание яркости соответствует изменениям плотности диска. Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что более плотные области соответствуют тому, где сталкиваются планетезимали. Подобные структуры были замечены ближе к звезде в более ранних наблюдениях на более длинных волнах, используя средне-инфракрасную камеру и спектрограф Subaru (COMICS) и другие инструменты.
Аналогичный анализ того, как величина поляризации изменяется с расстоянием от звезды, показывает уменьшение поляризации на расстоянии ста астрономических единиц (астрономическая единица - это расстояние между Землей и Солнцем). Это соответствует местоположению, где яркость также уменьшается, предполагая, что на этом расстоянии от звезды меньше планетезималей.
Исследовав модели диска Beta Pic, которые могут объяснить как новые, так и старые наблюдения, они обнаружили, что пыль на диске Beta Pic более чем в десять раз больше, чем обычные зерна межзвездной пыли. Пылевой диск Beta Pics, вероятно, изготовлен из рыхлых кусочков пыли и льда размером с микрометр, как крошечные пылесосы для бактерий.
Вместе эти результаты дают очень убедительные доказательства того, что диск, окружающий бета-изображение, создается в результате образования и столкновения планетезималей. Уровень детализации этой новой информации укрепляет наше понимание окружающей среды, в которой планеты формируются и развиваются.
Мотохид Тамура, который возглавляет команду, говорит, что «немногие люди смогли изучить место рождения планет, наблюдая поляризованный свет с помощью большого телескопа. Наши результаты показывают, что это очень полезный подход. Мы планируем расширить наши исследования на другие диски, чтобы получить полную картину того, как пыль превращается в планеты ».
Эти результаты были опубликованы в выпуске Astrophysical Journal от 20 апреля 2006 года.
Члены команды: Мотохиде Тамура, Хироши Суто, Лю Абэ (NAOJ), Мисато Фукагава (Университет Нагоя, Калифорнийский технологический институт), Хироши Кимура, Тетсуо Ямамото (Университет Хоккайдо)
Это исследование было поддержано Министерством образования, культуры, спорта, науки и техники Японии в рамках гранта для научных исследований по приоритетным направлениям «Развитие науки о солнечной планете».
Первоисточник: пресс-релиз NAOJ
